牛膝是一種多年生草本植物，株高可達70至120厘米。牛膝的根呈細長圓柱形，有的稍彎曲，上端稍粗，下端較細，長度約為15至50厘米，直徑約為0.4至1厘米；表面為灰黃色或淡棕色，具有細微的縱皺紋和稀疏的橫長皮孔；質地硬而脆，易折斷，斷面平坦，呈淡棕色或棕色，略呈角質樣而油潤；中心維管束木部較大，黃白色，外圍散有多數黃白色點狀維管束，排列成2至4輪。
牛膝的莖具有稜角或四方形，顏色為綠色或帶紫色，分枝對生；葉片橢圓形或橢圓披針形，頂端尾尖，基部楔形或寬楔形；葉柄上有柔毛；花為穗狀花序，頂生及腋生，花期後反折；花被片披針形，頂端急尖；胞果矩圓形，黃褐色，光滑；種子矩圓形，黃褐色。
牛膝主要在花期7至9月和果期9至10月活躍。它是一種重要的藥用植物，被廣泛用於傳統醫學中。