北马兜铃，草质藤本，茎长达2米以上，无毛，干后有纵槽纹。
叶纸质，卵状心形或三角状心形，长3-13厘米，宽3-10厘米，顶端短尖或钝，基部心形，两侧裂片圆形，下垂或扩展，长约1.5厘米，边全缘，上面绿色，下面浅绿色，两面均无毛；
基出脉5-7条，邻近中脉的二侧脉平行向上，略叉开，各级叶脉在两面均明显且稍凸起；
叶柄柔弱，长2-7厘米。
总状花序有花2-8朵或有时仅一朵生于叶腋；
花序梗和花序轴极短或近无；
花梗长1-2厘米，无毛，基部有小苞片；
小苞片卵形，长约1.5厘米，宽约1厘米，具长柄；
花被长2-3厘米，基部膨大呈球形，直径达6毫米，向上收狭呈一长管，管长约1.4厘米，绿色，外面无毛，内面具腺体状毛，管口扩大呈漏斗状；
檐部一侧极短，有时边缘下翻或稍二裂，另一侧渐扩大成舌片；
舌片卵状披针形，顶端长渐尖具延伸成1-3厘米线形而弯扭的尾尖，黄绿色，常具紫色纵脉和网纹；
花药长圆形，贴生于合蕊柱近基部，并单个与其裂片对生；
子房圆柱形，长6-8毫米，6棱；
合蕊柱顶端6裂，裂片渐尖，向下延伸成波状圆环。
蒴果宽倒卵形或椭圆状倒卵形，长3-6.5厘米，直径2.5-4厘米，顶端圆形而微凹，6棱，平滑无毛，成熟时黄绿色，由基部向上6瓣开裂；
果梗下垂，长2.5厘米，随果开裂；
种子三角状心形，灰褐色，长宽均3-5毫米，扁平，具小疣点，具宽2-4毫米、浅褐色膜质翅。
花期5-7月，果期8-10月。
