杜仲为落叶乔木，高可达20米，胸径约50厘米。
树皮灰褐色，粗糙，内含橡胶，折断拉开有多数细丝。嫩枝有黄褐色毛，不久变秃净，老枝有明显的皮孔。芽体卵圆形，外面发亮，红褐色，有鳞片6-8片，边缘有微毛。
叶椭圆形、卵形或矩圆形，薄革质，长6-15厘米，宽3.5-6.5厘米。基部圆形或阔楔形，先端渐尖；上面暗绿色，初时有褐色柔毛，不久变秃净，老叶略有皱纹，下面淡绿，初时有褐毛，以后仅在脉上有毛。侧脉6-9对，与网脉在上面下陷，在下面稍突起，边缘有锯齿，叶柄长1-2厘米，上面有槽，被散生长毛。
花生于当年枝基部，雄花无花被；花梗长约3毫米，无毛；苞片倒卵状匙形，长6-8毫米，顶端圆形，边缘有睫毛，早落；雄蕊长约1厘米，无毛，花丝长约1毫米，药隔突出，花粉囊细长，无退化雌蕊。雌花单生，苞片倒卵形，花梗长8毫米，子房无毛，1室，扁而长，先端2裂，子房柄极短。翅果扁平，长椭圆形，长3-3.5厘米，宽1-1.3厘米，先端2裂，基部楔形，周围具薄翅。
坚果位于中央，稍突起，子房柄长2-3毫米，与果梗相接处有关节。种子扁平，线形，长1.4-.5厘米，宽3毫米，两端圆形。早春开花，秋后果实成熟。