（一）孢子体

裸子植物的孢子体发达，为木本植物，大多数为多年生单轴分枝的高大乔木、灌木，有强大的根系。少为亚灌木（麻黄）或藤本（倪藤）。多为常绿植物，少为落叶性（银杏、金钱松）。茎内维管束环状排列，长期存在形成层，产生次生结构并有明显的年轮。木质部主要由管胞、木薄壁细胞和木射线组成。一般没有导管（麻黄科、买麻藤科），韧皮部由筛细胞、韧皮薄壁细胞和韧皮射线组成，无筛管和伴胞。叶针形、条形或鳞形，极少为扁平的阔叶，叶在长枝上螺旋状排列，在短枝顶部簇生；叶常有明显的、多条排列成浅色的气孔带。

（二）胚珠与种子

裸子植物胚珠裸露，产生种子。花被常缺，仅麻黄科、买麻藤科有类似花被的盖被（假花被）；裸子植物的孢子叶大多聚生成球果状，称孢子叶球（strobilus），孢子叶球单生或多个聚生成各种球序，单性，同株或异株。小孢子叶（雄蕊）聚生成小孢子叶球（雄球花，staminate strobilus），每个小孢子叶下面生有小孢子囊（花粉囊）。大孢子叶（心皮）丛生或聚生成大孢子叶球（雌球花，female cone）；大孢子叶的近轴面（腹面）或边缘生有胚珠，因大孢子叶（心皮）边缘不相互接触闭合，即不形成子房，所以胚珠是裸露的。大孢子叶常变态为珠鳞（松柏类）、珠领或珠座（银杏）、珠托（红豆杉）、套被（罗汉松）和羽状大孢子叶（苏铁）。胚珠内颈卵器的卵细胞与精子受精后，发育成种子。种子裸露于心皮上，而被子植物的胚珠则被心皮所包被，这是与被子植物的重要区别。

（三）配子体

裸子植物的配子体退化，微小，构造简单，完全寄生在孢子体上。雄配子体是由小孢子萌发形成花粉粒，内有两个游动或不游动的精子，小孢子在小孢子囊中萌发，通常在4细胞时主要由风力传播。雌配子体由大孢子发育而成，是由胚囊及胚乳部分组成，下端原叶体部分就是胚乳，顶端则有2个或多个颈卵器，颈卵器结构简单，埋于胚囊中，仅有2～4个颈壁细胞露在外面，颈卵器内有1个卵细胞和1个腹沟细胞，无颈沟细胞，比蕨类植物的颈卵器更为退化。雌配子体（胚囊）寄生在孢子体的大孢子囊（珠心）中，不能独立生活。裸子植物的雄配子体（花粉粒）在珠心上方萌发，形成花粉管，进入胚囊，将2个精子直接送入颈卵器内。1个具功能的精子使卵受精，另1个被消化。受精作用不再受水的限制，能更好地在陆生环境中繁衍后代。少数种类如苏铁属和银杏属，仍有多数鞭毛可游动。由此可以说明，裸子植物是一群介于蕨类植物与被子植物之间的维管植物。

（四）多胚现象

裸子植物中普遍存在两种多胚现象（polyembryony），一为简单多胚现象（simple polyembryony），即由1个雌配子体上的几个颈卵器的卵细胞同时受精，形成多个胚；另一种是裂生多胚现象（clearage polyembryony），即由1个受精卵，在发育过程中，胚原组织分裂为几个胚的现象。在发育过程中，两种多胚现象可以同时存在，但通常只有1个能正常发育，成为种子中的有效胚。