乔木,高达25(30)米;树皮灰色,幼时不裂,老时浅纵裂。新枝无毛。小叶5-9,椭圆状卵形或椭圆形,长4.5-12.5厘米,先端钝圆或微尖,侧脉通常15对以下,全缘,幼树及萌枝叶具不整齐锯齿,下面脉腋簇生淡褐色毛。雄花序长13-15厘米,雌花1-3集生枝顶,雌花总苞被白色腺毛,柱头面淡黄绿色。果序轴长4.5-6厘米,绿色,被柔毛;果球形,幼时被毛,熟后无毛,皮孔褐色;果核径2.8-3.7厘米,基部平,有2纵钝棱及浅刻纹。花期4-5月,果期9-10月。

种仁含脂肪60-80%,蛋白质17-27%,以及钙、磷、铁、胡萝卜素、硫胺素、核黄素多种营养物质。核桃油含有不饱和脂肪酸94.5%,易消化吸收,除食用外,可制高级油漆及绘画颜料配剂。树皮及果肉可提取栲胶。果核可制活性炭。心材紫褐色,边材红褐色,纹理直,结构细至中,均匀,坚韧,气干密度0.56克/立方厘米,有光泽,不翘不裂;供制枪托、航空器材,车工、旋工、雕刻及珍贵家具等用。