马铃薯是茄科植物，通常用块茎繁殖，但也可用种子种植。许多马铃薯品种能天然结果。育种家利用杂交方法得到的种子和天然结实的种子进行马铃薯新品种选育。分离小的种子还可以直接用于生产。所以了解马铃薯的生物学特征在生产上有重要意义。
1．根
马铃薯用块茎种植和用种子种植时，根部形态不相同。用块茎种植的根为须根，没有直根。须根从种薯上幼芽基部发出，而后又分枝形成许多侧根。根系发育及分枝情况，因品种与栽培条件不同而异。大部分品种的根系分布在土壤表层下40厘米，一般不超过70厘米，在砂质土壤中根深也可达1米以上。早熟种的根系一般不如晚熟种发达，而且早熟种根系分布较浅，晚熟种分布广而较深。所以，种植马铃薯时要根据品种的熟性和根系的分布情况来确定株、行距，才能获得高产。
用种子种植时植株有主根(直根)和侧根。根的分枝随植株的生长而增多。主根为圆锥形深入土中，若生长条件好，实生苗的根系也很发达。有的地方实生苗当年单株产量可达1千克以上，这与实生苗形成的强大的根系是分不开的。
2．茎
马铃薯的茎有地上茎、地下茎、匍匐茎和块茎。
⑴地上茎：种植的马铃薯块茎发芽生长后，在地面上着生枝叶的茎为地上茎。茎上有棱3--4条，棱角突出呈翼状。茎上节部膨大，节间分明。节处着生复叶，复叶基部有小型托叶。多数品种节处坚实，节间中空。茎色有绿、紫褐等，因品种而异。
茎有直立、半直立和匍匐型3种。栽培种的茎，大多为直立或半直立型。茎高多数品种在40--100厘米之间，少数中晚熟品种在100厘米以上。茎上分枝的部位与品种有关，早熟品种在中上部发出，中晚熟品种大都在下部或靠近茎的基部发出。另外，茎的粗细、有无茸毛等均可作为区分品种的标志。
(2)地下茎：块茎发芽后埋在土壤内的茎为地下茎。地下茎的节间较短，在节的部位生出匍匐茎(枝)。匍匐茎顶端膨大形成块茎。
(3)匍匐茎：匍匐茎又称匍匐枝，实际上是茎在土壤中的分枝。早熟品种在幼苗出土后7--10天即开始生出匍匐茎；2周后匍匐茎的顶端膨大，逐渐形成块茎，初期还能在匍匐茎上看到鳞片状幼叶。如果播种的薯块覆土太浅或遇到土壤温度过高等不良环境条件，匍匐茎会长出地面变成普通的分枝。这就会影响结薯而减产。匍匐茎的多少和长短，因品种而异。一般早熟种较短，3--10厘米；晚熟种较长，有的达10厘米以上。匍匐茎较短的结薯集中，便于收获。通常1个匍匐茎上只结1个块茎，每株以5--8个匍匐茎并形成块茎为适宜。如果匍匐茎过多或匍匐茎又产生分枝，则形成块茎又多又小，就失去利用价值。
(4)块茎：栽培马铃薯的主要目的就是为了获得高产的块茎。块茎是生长在土壤中的缩短了的茎。它的作用在于贮存养分、繁殖后代。茎与根的明显区别是茎上有芽，而根上没有固定芽，只能产生不定芽。马铃薯块茎上的芽眼多少、深浅是鉴别品种的主要标志。
块茎上每个芽眼通常由一个主芽、两个副芽组成。块茎通过休眠期后，顶芽的主芽先生长，而后侧芽的主芽相继发出。主芽受损后副芽可取而代之，继续生长。块茎的形状、皮色、肉色等多种多样，都是区别品种的特征。生产上对块茎的要求除高产外，还希望形状好，芽眼浅，表皮光滑，色泽悦目等。特别是块茎形状最好是卵圆形，顶部不凹，脐部不陷，芽眼少而平，既有利于加工去皮，又便于食用清洗。这样的品种才适合市场销售和商品薯出口。
3．叶
马铃薯的叶子，在幼苗期不管是用块茎播种还是用种子播种，基本上都是单叶，到后期均为复叶。正常的马铃薯叶子为奇羽状复叶。复叶的顶部小叶一般较例小叶稍大，形状也略有不同，可根据顶小叶的特征来鉴别品种。侧小叶一般有3--7对，侧小叶之间还有大小不等的次生裂片。顶小叶和侧小叶都有小叶柄，着生于中肋上。复叶的叶柄很发达，叶柄基部有1对托叶。
复叶的大小，侧小叶的形状、色泽、毛茸多少，以及小叶的排列疏密，二次小叶的多少等因品种而异。健康的叶小叶平展、色泽光润。患病毒病的叶小叶皱缩，叶面不平，复叶变小；被螨侵害的叶子小叶边缘向内卷曲，叶背光亮失常。
4．花
马铃薯的花由5瓣连结，形成轮状花冠。花内有5个雄蕊、1个雌蕊。每个小花有一个花柄着生在花序上。小花柄上有一个节，落花落果都是由这里产生离层后脱落的。总花梗着生于茎的中下部叶腋处，花梗上有分枝，每个分枝着生2--4朵花。花蕾由5片花萼包围，花蕾形状与萼片的长短，因品种而异。
马铃薯的花色有白、粉红、紫、蓝紫等多种鲜艳色彩，少数品种的花具有清香味。无怪马铃薯引入欧洲对，最初曾作为观赏植物。每朵花开花持续时间约5天。一个花序持续时间为15--40天。一般在上午8时左右开花，下午5时左右闭花。
5．果实与种子
马铃薯属于自花授粉作物，在没有昆虫传粉的情况下，异花授粉率为0.5％左右。能天然结果的品种基本上全是自交结实。浆果为圆形，少数为椭圆形，前期为绿色，接近成熟时在顶部变白，逐渐转为黄绿色。有的品种浆果带褐色、紫色斑纹或白点等。有的浆果很大，直径2厘米以上，有的较小，品种间有很大差异。
有的浆果为伪果，没有种子。由受精情况不同，有的浆果种子多达300粒以上，有的种子很少。马铃薯的种子一般为扁平近圆形或卵圆形，浅褐色，种皮上密布细毛。种子很小，多数品种千粒重0．5--0．6克，即每克种子有1660--2000粒。
