鸭首马先蒿，多年生草本，干时略变黑，少毛。
根常有分枝，在大植株中强烈分枝。
茎单条或自根颈上发出多条，高矮极不相同，低者连花仅高4.5厘米，高者可达30厘米以上，紫黑色，有沟4条，沟中各有毛线1条，节在低植株中仅1枚，在高植株中3-4枚，节间长者达7.5厘米，一般不分枝，但偶在上部分枝。
叶基出者多少宿存，有柄长1.5-2.5厘米，完全无毛，茎叶之柄短或无，长仅2.7-7毫米；
叶片长圆状卵形至线状披针形，羽状全裂，裂片7-11对，羽状浅裂至半裂，小裂片约3对，有具刺尖的锯齿，两面均无毛。
花序头状至穗状，无疏远的花轮或有一二轮；
苞片下部者叶状，向上渐狭，基部变宽而膜质，上半披针形有踞齿而缘色；
萼为膨臌的卵圆形，常有美丽的紫斑或紫晕，脉10条粗壮，无毛或有疏密不等的长毛，齿5枚，不等，后方1枚较小，端有3齿，其余三角状卵形而以后侧方者为最大，均有锯齿，外面无毛，或有长白毛，内方沿缘密生浅褐色茸毛；
花冠紫色，或下唇浅黄色而盔暗紫红色，管长约7毫米，在基部以上约以45。
角向前上方膝屈，径1.8毫米，至花将败时则几以直角膝曲，自萼的缺口伸出，上方一段向喉扩大，喉宽的4毫米，下唇长约7.5毫米，宽约10毫米，侧裂竟肾脏形，基部向后作心脏形，稍大于相当圆的中裂，盔镰状弯曲，直立部分前缘高约6毫米，舍有雄蕊的部分略膨大，额多少凸起，背线向前急斜而下与几伸直的下缘组成一细面直的喙，长约1毫米，宽0.6-1毫米；
花丝均无毛；
花柱完全不伸出，或在同一植株中有伸出与不伸出，有时伸出达3.5毫米。
蒴果长达18毫米，三角状披针形，锐尖头，约2/5为宿萼所包；
种子长圆形，基部有种阜，种皮灰白色，有纵条纹，长约2毫米。
