水曲柳是一種落葉大喬木，具有以下特點：
高度可達30米，胸徑可達1米以上。
樹皮灰色，幼樹皮光滑，成齡後樹皮有粗細相間的縱裂。
小枝略呈四棱形，無毛，有皮孔。
奇數羽狀複葉，對生，葉軸有溝槽，葉軸和葉柄具極窄的翼；小葉7至13片，無柄或近無柄，卵狀長圓形或橢圓狀披針形，邊緣有銳鋸齒。
雌雄異株，圓錐花序生於枝上部葉腋，花爲單性，雄花具有雄蕊，雌花子房1室，柱頭二裂。
翅果稍扭曲，長圓狀披針形，長2至3.5釐米，寬5至7毫米，先端鈍圓或微凹。
水曲柳的木材具有以下特點：
材質堅韌，紋理美觀，具有良好的裝飾性能。
加工性能良好，能用釘、易加工，韌性大，螺絲及膠水良好固定。
木質切面非常光滑，色差小，耐腐，耐水性能好，着色性能好，油漆和較粘的性能也很好。
具有極良好的總體強度性能、良好的抗震力和蒸汽彎曲強度。
耐用性較好，心木對防腐處理劑有中等抗滲透力，白木質(邊材)則具滲透力。
此外，水曲柳也有一些缺點，如沒有心材抗腐力，白木質(邊材)易受留粉甲蟲及常見傢俱甲蟲蛀食，不易乾燥，易產生翹裂。