铁皮石斛为多年生附生草本植物，茎直立，圆柱形，纤细，长4～50cm，直径0.2～0.4cm，节间长1～6cm，具纵纹，多节，铁灰色或灰绿色，有明显光泽而灰褐色的小节，故又有黑节草之称。

节上有花序柄痕及残存叶鞘。叶互生，3～5枚，生于茎上部节上，二列，纸质，矩圆状披针形，长3～7cm，宽0.8～2.0cm，先端钝，顶端略钩，基部下延为抱茎的鞘，边缘和中肋常带淡绛紫色；叶鞘灰白色，稍带紫色斑点，鞘口开张，抱茎不超过上一节，常与节留有一个环状间隙，质硬而脆。总状花序，生于无叶的茎上端，长2～4cm，呈回折状弯曲，花2～5朵，淡黄色，稍有香气；花直径1.5～2.0cm；唇型花，其中1枚花瓣变异成唇瓣。铁皮石斛花的雌蕊与雄蕊合为一体形成一种典型的合蕊柱，雌蕊位于下方，雄蕊在上方，每枚花有花粉粒4粒，药帽近卵形，顶端中间开裂，花苞片淡白色，花被片黄绿色，唇瓣卵状披针形，长1.6cm，白色，上半部具有一个紫红色大斑块，下部两侧具有紫红色条纹；中萼片与花瓣相似，矩圆状披针形，长1.7～1.9cm，，宽0.4～0.5cm；侧萼片宽约1cm；萼囊圆锥形，长约0.5cm；唇盘上密被乳突状短柔毛，基部有1枚绿黄色胼胝体。铁皮石斛果实为椭圆形蒴果，长3～5cm，成熟时为黄绿色。每个果实含有上万颗种子，铁皮石斛种子在普通光学显微镜下为黄绿色，两端具翅，外形为长纺锤形，种子大小为长0.40mm，宽0.09mm。

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