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一年生高大草本。稈直立，通常不分枝，高1-4米，基部各節具氣生支柱根。葉鞘具橫脈；葉舌膜質，長約2毫米；葉片扁平寬大，線狀披針形，基部圓形呈耳狀，無毛或具疵柔毛，中脈粗壯，邊緣微粗糙。頂生雄性圓錐花序大型，主軸與總狀花序軸及其腋間均被細柔毛；雄性小穗孿生，長達1厘米，小穗柄一長一短，分別長1-2毫米及2-4毫米，被細柔毛；兩穎近等長，膜質，約具10脈，被纖毛；外稃及內稃透明膜質，稍短于穎；花藥橙黃色；長約5毫米。雌花序被多數寬大的鞘狀苞片所包藏；雌小穗孿生，成16-30縱行排列于粗壯之序軸上，兩穎等長，寬大，無脈，具纖毛；外稃及內稃透明膜質，雌蕊具極長而細弱的線形花柱。穎果球形或扁球形，成熟后露出穎片和稃片之外，其大小隨生長條件不同產生差異，一般長5-10毫米，寬略過于其長，胚長為穎果的1/2-2/3。染色體2n=20，40，80。花果期秋季。

種子的物理性狀由粒色、粒形、種皮光澤、粒長、粒寬、百粒重、粒徑、籽粒均勻程度和硬實率等指標組成。玉蜀黍籽粒顏色包括種皮、糊粉層（富含蛋白質，也被稱為蛋白質層）以及胚乳三部分。在大多數情況下，玉蜀黍成熟籽粒胚乳的顏色是黃色或白色，種皮和糊粉層沒有顏色，呈透明狀。