Стебли с розеткообразными листьями укрепляются в почве при помощи длинных побегов на некотором расстоянии от материнского растения. Листья ярко-зелёные или красноватые, целиком погружены в воду, в прикорневых розетках лентовидные линейные или ланцетные, реже при основании сердцевидные[2]:295, мягкие, цельнокрайные или у верхушки по краю мелкопильчатые. Иногда стебель развитой ветвистый, а листья очерёдные, реже мутовчатые, снабжённые пазушными чешуйками[2]:295. Имеются виды различных размеров, некоторые со спирально закрученными листьями (Валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis L.)). Жилкование параллельное. Длина листьев до 1 м, у большинства видов листья, достигая поверхности воды, стелются по ней и развеваются течением. По этому признаку валлиснерии можно отличить от стрелолистов. Стрелолисты на первый взгляд очень похожи на эти растения, однако их подводные листья никогда не стелются по поверхности.
Валлиснерии двудомны, на одних растениях появляются мужские цветки, на других — женские. Цветки мелкие, невзрачные, или же довольно крупные, с бросающимся в глаза околоцветником, большей частью выдаются над поверхностью воды; одиночные или собранные в полузонтики, прикрытые двумя сросшимися прицветными листьями, образующими однолистное покрывало; из одной пазухи листа выходит несколько соцветий. Околоцветник из двух кругов (наружного и внутреннего, иногда покрашенного лепестковидно в белый цвет)[2]:295. Способ опыления — гидрофильный. Валлиснерии крайне интересны биологией своего цветения. Пестичные цветки одиночные, выносятся на поверхность воды на длинных гибких цветоносах, с трубчатым чехлом (покрывалом) из сросшихся прицветников. После опыления цветонос спирально закручивается и втягивает опылённый цветок под воду, где и происходит дозревание плода. Тычиночные цветки (с двумя—тремя тычинками) собраны в колосовидных пучках, под плёнчатым покрывалом. После созревания они отрываются от растения, всплывают на поверхность воды и опыляют женские органы. Опыление происходит в результате прямого контакта тычинок плавающих мужских цветков с рыльцами пестичных цветков. Пестик образован из 2—15 сросшихся плодолистиков. Завязь нижняя, одногнёздная или ложно многогнёздная, цилиндрическая со многими семяпочками. Рылец столько же, сколько плодолистиков[2]:295.