البطيخ نبات عشبي حولي. الجذور كثيرة الانتشار، ويوجد معظمها في الخمسة والأربعين سنتيمترا العلوية من سطح التربة. ويعطى النبات الواحد نحو 24 جذرا جانبيا رئيسيا تتفرع بدورها بكثرة ، ويمتد بعضها لمسافة 6,5 أمتار من قاعدة النبات . ويتعمق الجذر الرئيسي لمسافة 120 سم، بينما يتعمق عديد من الجذور الجانبية الرئيسية لمسافة 60 - 90 سم.

ساق البطيخ مدادة مغطاة بشعيرات كثيفة ، وعليها محاليق متفرعة، ومقطعها العرضي مضلع ، وتمتد أفرعها لمسافة 3٫5 - 4,5 م ، والورقة مفصصه ريشية إلى 3 - 4 أزواج من الفصوص ، وتفصص الفصوص بدورها ، إلا أن بعض الأصناف تكون أوراقها عريضة بيضاوية غير مفصصه تقريبا.

توجد بنباتات البطيخ من صنفي جيزة ۱، وشلیان بلاك أزهار مذكرة ، وأزهار خنثى على نفس النبات ؛ أي إنها andromonoecious ، بينما يوجد بنباتات معظم الأصناف الأمريكية أزهار مذكرة ، وأزهار مؤنثة على نفس النبات ؛ أي إنها وحيدة الجنس وحيدة المسكن monoecious . وتختلف نسبة الأزهار المذكرة إلى الأزهار المؤنثة أو الخنثى من صنف لآخر، ولكنها تكون غالبا في حدود ۷ : ۱.

تحمل الأزهار فردية في اباط الأوراق ، والزهرة صغيرة نسبيا . ويتكون الكأس من خمس سبلات ، والتويج من خمس بتلات ، لونها أصفر شاحب ضارب إلى الخضرة ، والأسدية قصيرة ، والمبيض سفلي يحتوي على ثلاثة مساكن، والقلم قصير ، ويتكون الميسم من ثلاثة فصوص.

تتفتح أزهار البطيخ بعد شروق الشمس بنحو ساعة إلى ساعتين، وتظل المياسم مستعدة لاستقبال حبوب اللقاح طوال اليوم ، وتغلق الزهرة قبل المساء . يزور النحل أزهار البطيخ أثناء تفتح الأزهار بغرض امتصاص الرحيق، وجمع حبوب اللقاح، ويتم التلقيح أساسا بواسطة النحل ، وهو تلقيح خلطي بطبيعته ، ونادرا ما يحدث تلقيح ذاتي في الأزهار الخنثى ؛ وذلك لأن حبوب اللقاح لزجة ، ولا تنتقل إلى المياسم إلا بمساعدة الحشرات الملقحة. ويجب أن يصل إلى فصوص الميسم نحو ۱۰۰۰ حبة لقاح على الأقل حتى يكون العقد جيدا، ولا تكون الثمار مشوهة. ويمكن تحقيق ذلك بتوفير خلية نحل لكل فدان.

تختلف أصناف البطيخ في شكل الثمار ؛ فمنها : الكروي ، والبيضاوي ، والمستطيل ، وتختلف كذلك في لون لب الثمرة الناضجة ؛ فمنها : الأحمر ، والوردي ، والأصفر ، وفي لونها الخارجي ؛ فمنها : الأخضر المبرقش بالأبيض ، والأخضر بخطوط طولية خضراء قائمة ، والأخضر القاتم المتجانس. ويتكون معظم لب الثمرة من نسيج المشيمة . والثمرة عبارة عن عنبة ذات قشرة صلبة (pepo). وتحتوى الثمرة على نحو 200 - 250 بذرة ، والبذور مبططه ، وناعمة ، ويختلف لونها حسب الصنف ؛ فمنها : الأسود ، والبني ، والأحمر ، والأسود الضارب إلى الصفرة ، والمبرقش.

وبالمقارنة .. نجد أن ثمار البطيخ الجورمة، والذي يستخرج منه حب (لب) التسالي كروية ، أو بيضية الشكل ، ولونها الخارجي أخضر فاتح ، ولبها متماسك ويحتوي على نسبة عالية من البكتين ، وتكثر بها البذور.