落叶乔木,高20-25m。树皮灰白色,幼时平滑,老时浅纵裂。小枝被短腺毛,具明显的叶痛和皮孔;冬芽被芽鳞;髓部白色,薄片状。奇数羽状复叶,互生,长40-50cm,小叶5-9枚,有时13枚,先端1片常较大,椭圆状卵形至长椭圆形,长6-15cm,宽3-6cm,先端钝圆或锐尖,基部偏斜,近于圆形,全缘,表面深绿色,有光泽,背面淡绿色,有侧脉11-9对,脉腋内有一簇短柔毛。花单性,雌雄同株,与叶同时开放,雄葇荑花序腋生,下垂,长5-10cm,花小而密集,雄花有苞片1,长圆形,小苞片2,长卵形,花被片1-4,均被腺毛,雄蕊6-30;雌花序穗状,直立,生于幼枝顶端,通常有雌花1-3朵,总苞片3枚,长卵形,贴生于子房,花后随子房增大;花被4裂,裂片线形,高出总苞片;子房下位,2枚心皮组成,花柱短,柱头2裂,呈羽毛状,鲜红色。果实近球形,核果状,直径4-6cm,外果皮绿色,由总苞片及花被发育而成,表面有斑点,中果皮肉质,不规则开裂,内果皮骨质,表面凹凸不平,有2条纵棱,先端具短尖头,内果皮壁内具空隙而有皱折,隔膜较薄,内里无空隙。花期5-6月,果期9-10月。
用东北山核桃加工而成的食用植物油,油色清味香,品位,含有脂肪酸、油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸占88%~96%之间,高于油茶油,也高于食用橄榄油。常食山核桃仁、油产品,具有健脾开胃、润沛强肾、滋补康复、预防冠心病、降低血脂的功效。是一种健康味美、营养丰富的天然绿色营养食品。
种仁多破碎成不规则的块状,完整者类球形,由二瓣种仁合成,皱缩多沟,凹凸不平。外被棕褐色薄膜状的种皮包围,剥去种皮显黄白色。质脆,子叶富油质。气微弱,子叶味淡,油样,种皮味涩。以色黄、个大、饱满、油多者为佳。