天麻地下根狀莖成塊莖狀，長8－12厘米，直徑3－5厘米，最大可達7厘米，橢圓形，表面多麻點、皺紋和輪節(jié)。莖直立，高0.3－1米，最大者可達2米，橙黃色、黃褐色、灰褐色或藍綠色，圓柱形，無綠葉，葉鱗片狀，互生，膜質(zhì)，下部鞘狀抱莖。

花淡黃綠或橙紅色，莖頂生20－50朵，總狀花序，長5－30厘米，最長可達50厘米，開花順序從下自上?；?/span>苞片膜質(zhì)，長披針形，長1－1.5厘米；花梗和子房長0.7－1.2厘米，略短於花苞片；花扭轉(zhuǎn)，橙黃、蛋黃、藍綠或黃白色，近乎直立；萼片與花瓣合生成斜壺狀花被筒，花被筒長約1厘米，直徑5－7毫米，口部斜形，頂端5裂，兩側(cè)萼片合生處裂深達5毫米；外輪裂片為離生萼片，三角卵形，先端鈍；內(nèi)輪裂片為離生花瓣，長圓形，較?。?/span>唇瓣白色，長卵圓形，長6－7毫米，寬3－4毫米，先端3裂，基部貼緊蕊柱足末端，具一對肉質(zhì)胼胝體，胼胝體連接花被筒內(nèi)部，上部離生，具乳突，邊緣具不規(guī)則深齒；蕊柱長5－7毫米，具短蕊柱足，子房下位，倒卵形，子房柄扭轉(zhuǎn)，柱頭3裂；花藥較大，近頂生，花粉團2個，粒粉質(zhì)，由可分的小團塊組成，無花粉團柄和粘盤。由於天麻遠看似一支赤色的箭，故又名赤箭。

蒴果每株約30枚，長圓形或倒卵形，長1.2－1.8厘米，寬8－9毫米。種子多數(shù)，2－4萬粒每果，極小，粉末狀。花期6－7月，果期7－8月。

天麻共分5個變型，分別是原變型紅天麻（Gastrodia elata f. elata）、烏天麻（Gastrodia elata f. glauca S.Chow (1983)）、綠天麻（Gastrodia elata f. viridis (Makino) Makino (1940)）、黃天麻（Gastrodia elata f. flavida S.Chow (1983)）、松天麻（Gastrodia elata f. alba S.Chow (1983)），這幾個變型的劃分主要是由周鉉確定的。

紅天麻又名水紅稈天麻，株高1.5－2米，根狀莖棒槌形或啞鈴型，最重達1千克，含水量達85%，莖橙紅色，花淺薑黃色，略帶淡綠色，花期4－5月，分布於黃河流域與長江流域；綠天麻又名青天麻，株高1－1.5米，根狀莖橢圓形或倒圓錐形，節(jié)較密，最重達0.6千克，含水量達70%，莖淡藍綠色，花淡藍綠或白色，較為少見，花期6－7月，分布於中國東北至西南各省；烏天麻又名鐵桿天麻，株高1.5－2米，或者更高，根狀莖橢圓形或卵圓型，節(jié)較密，最長可達15厘米或更長，最重達0.8千克，含水量達60－70%，莖灰褐色，花藍綠色，花期6－7月，果實形狀不同於其他品種，為棱形或倒楔形，分布於云南東北部至西北部、貴州西部；黃天麻又名草天麻，株高1米或以上，根狀莖長橢卵形，最重達0.5千克，含水量達約80%，幼嫩莖淡黃綠色，成熟莖淡黃色，花淡黃色，花期4－5月，分布於云南東北部、貴州西部、河南、湖北；松天麻株高約1米，根狀莖梭形或圓柱形，含水量達90%以上，莖微黃色，花淡黃或白色，花期4－5月，常見於松櫟林下，分布於云南西北部。在這幾種天麻中，紅天麻種子發(fā)芽率和產(chǎn)量高，適應(yīng)性和耐旱性強，烏天麻塊莖繁殖率、種子發(fā)芽率和產(chǎn)量均較低，但含水量低，干品質(zhì)量好，因此紅天麻和烏天麻均是較常栽培的優(yōu)良品種，其中紅天麻栽培最為廣泛，而綠天麻品質(zhì)雖好，但較為稀少。