落叶灌木。茎高达2米；分枝短而粗。叶通常为二回三出复叶，偶尔近枝顶的叶为3小叶；顶生小叶宽卵形，长7～8厘米，宽5.5～7厘米，3裂至中部，裂片不裂或2～3浅裂，表面绿色，无毛，背面淡绿色，有时具白粉，沿叶脉疏生短柔毛或近无毛，小叶柄长1.2～3厘米；侧生小叶狭卵形或长圆状卵形，长4.5～6.5厘米，宽2.5～4厘米，不等2裂至3浅裂或不裂，近无柄；叶柄长5～11厘米，和叶轴均无毛。花单生枝顶，直径10～17厘米；花梗长4～6厘米；苞片5，长椭圆形，大小不等；萼片5片，绿色，宽卵形，大小不等；花瓣5片，或为重瓣，玫瑰色、红紫色、粉红色至白色，通常变异很大，倒卵形，长5～8厘米，宽4.2～6厘米，顶端呈不规则的波状；雄蕊长1～1.7厘米，花丝紫红色、粉红色，上部白色，长约1.3厘米，花药长圆形，长4毫米；花盘革质，杯状，紫红色，顶端有数个锐齿或裂片，完全包住心皮，在心皮成熟时开裂；心皮5片，稀更多，密生柔毛。蓇葖长圆形，密生黄褐色硬毛。且牡丹因品种不同，牡丹植株有高有矮、有丛有独、有直有斜、有聚有散，各有所异。
按其形状分为五个类型：
直立型：枝条直立挺拔而较高，分布紧凑，展开角度小，枝与垂直线的夹角多在30°以内。节间较长，新生枝年生长量在10～15cm，一般五年生株高40～50cm，高者达1m以上。如“首案红”、“紫二乔”、“姚黄”等。
开张型：枝条生长健壮挺拔，向四周斜伸开张，角度在上述两者之间，株形圆满端正，高矮适中，新枝年生长量6～8cm，一般五年生株高在30～40cm。如“状元红”、“银红巧对”、“金玉交章”等。
矮生型：枝条生长缓慢，节间短而叶密，枝条分布紧凑短小，年新枝生长量为2～4cm，一般五年生株高15cm高左右。如“美人红”、“罗汉红”、“海云紫”等为代表。
独干型：多为人工培植的艺术造型，具有明显的主干，主干高矮不等，一般在20～80cm。主干上部分生数枝，构成树冠（有的无树冠），形态古雅，酷似盆景，生长较慢，一般成型期需8年以上。如“十八号”等。
牡丹根系发达，具有多数深根形的肉质主根和侧根。初生根始为白色，渐变为黄色至褐色，肉质白色，个别红色，肉质中心木质化，俗称“木心”。肉质部储有大量养份和水份供植株生长，一般来说，根深的植株枝叶茂盛，植株较高，根浅则枝短株型矮。牡丹因品种不同，其根型、数量也不一致，但大体上可分为三类：
直根型：此类型的根深（四年生的牡丹根可入土80厘米以上），但根条稀疏，没有明显的主根，仅有几十条粗细均匀的粗“面条根”，根光滑、皮百，根上极少分生小根，根（加工后称“丹皮”）产量高，质量好。如“凤丹”、“赵粉”、“二乔”、“墨魁”等。这类牡丹多为药用兼观赏两用品种。
坡根型：此类根条粗细长短不一，分生侧根较多，交叉生长，俗称“鸡爪根”，多数入土较浅，斜坡角度大。如“青山贯雪”、“白玉”、“黄花葵”等品种，此类牡丹产丹皮质量、产量低于直根型，不适于药用栽培。
中间型：此类根条稀密适中，无明显主根，生有多数粗细均称、根皮光滑的“面条根”，平均入土深度在70～80cm，如“种生黑”、“姚黄”等，既可观赏，又可药用。
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