一年生高大草本。茎直立，高1-3米，粗壮，被白色粗硬毛，不分枝或有时上部分枝。叶互生，心状卵圆形或卵圆形，顶端急尖或渐尖，有三基出脉，边缘有粗锯齿，两面被短糙毛，有长柄。头状花序极大，径约10-30厘米，单生于茎端或枝端，常下倾。总苞片多层，叶质，覆瓦状排列，卵形至卵状披针形，顶端尾状渐尖，被长硬毛或纤毛。花托平或稍凸、有半膜质托片。舌状花多数，黄色、舌片开展，长圆状卵形或长圆形，不结实。管状花极多数，棕色或紫色，有披针形裂片，结果实。瘦果倒卵形或卵状长圆形，稍扁压，长10-15毫米，有细肋，常被白色短柔毛，上端有2个膜片状早落的冠毛。花期7-9月，果期8-9月。最常见的向日葵高度为2.5-3.5米，最高可达9.17米。根据1567年的科学文献报告，历来被认为单头向日葵植物是种植在意大利帕多瓦，植株高度最高可达12米。同样的种子，种植在其他时间和地点，如西班牙马德里，植株高度可达近8米。在荷兰和加拿大安大略省，更近的纪录，在20世纪初则有8米以上的植株。向日葵的植株是由根、茎秆、叶、花、种子五部分组成。根●根：向日葵的根由主根、侧根和须根组成。主根入土较深，一般在土壤中生长约0.3-1.2米深，而美国农业部已经测量到曾经有长达1.5米长的向日葵根。 侧根从主根上生出，水平方向生长；侧根上长有许多的须根。侧根和须根上着生根毛。主根垂直向下生长并连接到较小的侧根和须根，这有助于结构支撑向日葵的重量。 龙头根是向日葵的主要根，接收植物获得的大部分营养和水分。向日葵根系发达，在土壤中分布广而深，其中60%左右的根系分布在0-40厘米土层中。向日葵根的生长速度一直比茎快，花盘形成前后根生长最快，到种子开始成熟时，根不再生长，以后便逐渐枯萎。此外，在适宜条件下可长出大量的水根（似玉米的气生根）。茎秆茎秆：　　向日葵茎不像其他一些花茎，不能伸出来支撑其他花，而是茎秆支撑一朵花。茎秆可长到3-5米。向日葵具有双子叶茎结构，茎秆圆形直立，表面粗糙并被有刚毛。茎由皮层、木质部和海绵状的髓组成，通过其生长和生命周期的所有阶段向植物提供营养和水分。外层称为表皮，表皮是保护茎的。生长后期，茎秆木质化，而茎内的髓部则形成多层空心。向日葵的胚茎有绿色、淡紫、深紫等，是苗期识别品种的重要标志。茎的高度，不同类型的品种差异较大，同一品种，株高受播期及栽培条件的影响，差异也很大。茎的生长速度以现蕾到开花最快，此时生长的高度约占总高度的55%，以后生长速度减慢，仅占5%左右。向日葵的分枝性，一种是由遗传性决定的后一种是环境条件引起的。叶叶：向日葵的叶为双子叶，分为子叶和真叶。子叶一对。真叶在茎下部1-3节常为对生，以上则为互生。真叶比较大，叶面和叶柄上着生短而硬的刚毛，并覆有一层蜡质层。叶片数目因品种不同而异，早熟种一般为25-32片，晚熟种为33-40片。茎下部叶片在开花前制造养分，主要供给根部生长，到开花时其功能基本结束。中上部叶片制造的养分主要供给花盘促使种子形成。花花：向日葵为头状花序，生长在茎的顶端，俗称花盘。其形状有凸起、平展和凹下三种类型。花盘上有两种花，即舌状花和管状花。舌状花1-3层，着生在花盘的四周边缘，为无性花。授粉发生在盘状小花外缘的向日葵的花部分上，并且朝向中心移动更多，并且在向日葵授粉达到成熟后需要长达30天。花的颜色和大小因品种而异，有橙黄、淡黄和紫红色，具有引诱昆虫前来采蜜授粉的作用。管状花，位于舌状花内侧，为两性花。花冠的颜色有黄、褐、暗紫色等。果实种子：果实为瘦果，习惯称为种子、瓜子，俗称葵花籽，可食用。果实包括果皮、种皮、胚三部分。向日葵种子的内部部分被称为核仁。 这些仁包含人类食用的称为瘦果的干果。这些瘦果形成在盘状小花的下部卵巢中的植物的开花部分下方。 除了供人食用外，葵花籽还可用于动物饲料和油脂。 科学家现在正在生产生物柴油燃料中使用向日葵种子，这是一种对环境安全的燃料的绝佳选择。食用型种子较长，果皮黑白条纹占多数，果皮厚，约占种子重量的40%以上，千粒重100-200克。油用型种子较短小，果皮多为黑色，皮薄，约为种子重量的20-30%，千粒重40-110克。向日葵种子含有38-42%的油，含有大量的维生素E和38%的蛋白质。