水曲柳是木犀科，梣属落叶大乔木，高可达30米，树皮厚，灰褐色，冬芽大，圆锥形，小枝粗壮，四棱形，叶痕节状隆起，半圆形。羽状复叶；叶柄近基部膨大，叶着生处具关节，纸质，叶片长圆形至卵状长圆形，叶缘具细锯齿，上面暗绿色，下面黄绿色，圆锥花序生于去年生枝上，先叶开放，花序梗与分枝具窄翅状锐棱；雄花与两性花异株，均无花冠也无花萼；雄花序紧密，花梗细短，花药椭圆形，花丝甚短，子房扁而宽，翅果大而扁，4月开花，8-9月结果。
落叶大乔木，高达30米以上，胸径达2米；树皮厚，灰褐色，纵裂。冬芽大，圆锥形，黑褐色，芽鳞外侧平滑，无毛，在边缘和内侧被褐色曲柔毛。水曲柳是东北东部山地天然次生林的优良混交组分，红松阔叶林的主要建群树种之一。综合土壤温度、土壤含水率、林内乔木树种组成以及树木长势来看，水曲柳适合生长在土壤温度较低、含水率偏高的下坡位。
水曲柳树形圆阔、高大挺拔，适应性强，具有耐严寒、抗干旱，抗烟尘和病虫害能力，是优良的绿化和观赏树种。同时可与许多针阔叶树种组成混交林，形成复合结构的森林生态系统，对提高整个林分的涵养水源、保持水土、防止环境恶化等有很大意义和作用。