水杉是高35米，DBH2.5米的樹(shù)。樹(shù)干基部常膨大；樹(shù)皮為灰色、灰褐色或深灰色，幼樹(shù)分裂成薄片脫落，大樹(shù)分裂成條狀脫落，內(nèi)皮為淺紫褐色；枝條斜展，小枝下垂，幼樹(shù)樹(shù)冠形狀陡峭，老樹(shù)樹(shù)冠寬大圓潤(rùn)，枝葉稀疏；一年生枝條光滑無(wú)毛，幼時(shí)綠色，后逐漸變?yōu)闇\褐色，一年生枝條則為淺棕灰色或褐灰色；側(cè)枝呈羽狀排列，長(zhǎng)4-15厘米，冬季枯萎；主枝上的冬芽呈橢圓形或卵形，頂端鈍，長(zhǎng)約4毫米，直徑3毫米。芽鱗寬卵形，頂端圓形或鈍，長(zhǎng)寬相等，約2-2.5毫米，邊緣薄，顏色淺，背面有縱向脊。葉子呈條狀，長(zhǎng)0.8-3.5(通常為1.3-2)厘米，寬1-2.5(通常為1.5-2)毫米。上表面為淺綠色，下表面為淺綠色。中脈有兩條淡黃色的氣孔帶，每條帶4-8條氣孔線(xiàn)。葉子在側(cè)枝上排成兩排，羽狀，冬天和枝條一起脫落。

球果下垂，近四邊形球形或長(zhǎng)方形球形，成熟前綠色，成熟時(shí)暗褐色，長(zhǎng)1.8-2.5厘米，直徑1.6-2.5厘米，長(zhǎng)2-4厘米，上面有對(duì)生的條狀葉片；種子鱗片木質(zhì)，盾狀，通常11-12對(duì)，交叉對(duì)生，鱗片頂端扁平菱形，中央有橫槽，基部楔形，高7-9mm，繁殖鱗片中有5-9粒種子；種子扁平，倒卵形，有時(shí)圓形或長(zhǎng)圓形，四周有翅，頂端有切口，長(zhǎng)約5毫米，直徑4毫米；子葉2，長(zhǎng)條形，長(zhǎng)1.1-1.3厘米，寬1.5-2毫米，兩側(cè)中脈略凸起，上面有氣孔線(xiàn)，下面無(wú)氣孔線(xiàn)；初生葉條狀，對(duì)生，長(zhǎng)1-1.8厘米，下面有氣孔線(xiàn)。花期2月下旬，11月球果成熟。