黑心黄芩，一年生草本；
根茎短，斜行，密生须根。
茎高28-35厘米，直立，四棱形，略具沟，沿棱角密被细短柔毛，余部无毛，干时紫黑色。
叶草质，心形，茎中部者长3-5.5厘米，宽2.7-3.8厘米，先端钝，基部心脏形，边缘具规则圆齿，干时上面深紫黑色下面较淡，上面沿中脉被小糙伏毛余部散布白色具节糙伏毛，下面除脉上被细短柔毛外余无毛，侧脉3对，与中脉在上面凹陷下面凸起；
叶柄长1.5-4厘米，扁平，被细短柔毛，干时紫黑色。
花对生，于茎顶排列成顶生及腋生长4.5-12厘米的总状花序；
花梗长1.5-2.5毫米，与序轴密被短柔毛；
苞片倒披针形，比花梗稍长，疏被纤毛。
花萼长约2毫米，被具腺微柔毛，盾片高约1毫米。
花冠长1.4-1.6厘米，外被微柔毛；
冠筒直伸，基部前方稍囊状膨大，宽约1.5毫米，向上渐宽至喉部宽达4毫米；
冠檐2唇形，上唇盔状，先端微凹，下唇中裂片平展，三角状卵圆形，全缘，基部宽3毫米，两侧裂片长圆形，宽约2毫米。
雄蕊4，二强；
花丝扁平，中部以下具纤毛。
花盘肥厚，前方隆起；
子房柄长0.5毫米。
花柱细长。
子房光滑，4裂。
成熟小坚果未见。
花期4月。
