Thân cây ngô trông tương tự như thân cây của các loài tre và các khớp nối (các mấu hay mắt) có thể có cách nhau khoảng 20–30 cm (8–12 inch). Ngô có hình thái phát triển rất khác biệt; các lá hình mũi mác rộng bản, dài 50–100 cm và rộng 5–10 cm (2–4 ft trên 2-4 inch); thân cây thẳng, thông thường cao 2–3 m (7–10 ft), với nhiều mấu, với các lá tỏa ra từ mỗi mấu với bẹ nhẵn. Dưới các lá này và ôm sát thân cây là các bắp. Khi còn non chúng dài ra khoảng 3 cm mỗi ngày. Từ các đốt ở phía dưới sinh ra một số rễ.

Các bắp ngô (bẹ ngô) là các cụm hoa cái hình bông, được bao bọc trong một số lớp lá, và được các lá này bao chặt vào thân đến mức chúng không lộ ra cho đến khi xuất hiện các râu ngô màu hung vàng từ vòng lá vào cuối của bắp ngô. Râu ngô là các núm nhụy thuôn dài trông giống như một búi tóc, ban đầu màu xanh lục và sau đó chuyển dần sang màu hung đỏ hay hung vàng. Khi được gieo trồng để làm cỏ ủ chua cho gia súc thì người ta gieo hạt dày dặc hơn và thu hoạch khi cây ngô bắt đầu xuất hiện các bắp non, do vậy tỷ lệ bắp là thấp. Một vài giống ngô cũng được tạo ra với tỷ lệ bắp non cao hơn với mục đích tạo nguồn cung cấp các loại "ngô bao tử" được sử dụng trong ẩm thực của một số quốc gia tại châu Á.

Ngô là loại thực vật cần thời gian ban đêm dài và ra hoa trong một lượng nhất định ngày nhiệt độ tăng trưởng > 10 °C (50 °F) trong môi trường mà nó thích nghi.[4] Biên độ ảnh hưởng mà thời gian ban đêm dài có đối với số ngày cần phải có để ngô ra hoa được quy định theo di truyền và được điều chỉnh bởi hệ thống sắc tố thực vật.[5] Tính chu kỳ theo ánh sáng có thể bị sai lệch ở các giống cây trồng cho khu vực nhiệt đới, nơi mà thời gian ban ngày kéo dài ở các cao độ lớn làm cho cây sẽ phát triển rất cao và chúng không đủ thời gian để ra hoa, tạo hạt trước khi bị chết vì sương giá. Tuy nhiên, đặc tính này là hữu ích khi sử dụng ngô làm nguồn cung cấp nhiên liệu sinh học[6].

Trên đỉnh của thân cây là cụm hoa đuôi sóc hình chùy chứa các hoa đực, được gọi là cờ ngô. Mỗi râu ngô đều có thể được thụ phấn để tạo ra một hạt ngô trên bắp. Các bắp ngô non có thể dùng làm rau ăn với toàn bộ lõi và râu, nhưng khi bắp đã già (thường là vài tháng sau khi trổ hoa) thì lõi ngô trở nên cứng và râu thì khô đi nên không ăn được. Vào cuối mỗi vụ mùa, các hạt ngô cũng khô và cứng, rất khó ăn nếu không được làm mềm bằng cách luộc. Các kỹ thuật hiện đại trong trồng trọt tại các nước phát triển thông thường dựa trên việc gieo hạt dày hơn, tạo ra trung bình khoảng 0,9 bắp.[7]

Các hạt ngô là các dạng quả thóc với vỏ quả hợp nhất với lớp áo hạt, là kiểu quả thông thường ở họ Hòa thảo (Poaceae). Nó gần giống như một loại quả phức về cấu trúc, ngoại trừ một điều là các quả riêng biệt (hạt ngô) không bao giờ hợp nhất thành một khối duy nhất. Các hạt ngô có kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan, và bám chặt thành các hàng tương đối đều xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô. Mỗi bắp ngô dài khoảng 10 – 25 cm (4 - 10 inch), chứa khoảng 200 - 400 hạt. Các hạt có màu như ánh đen, xám xanh, đỏ, trắng và vàng. Khi được nghiền thành bột, ngô tạo ra nhiều bột và ít cám hơn so với lúa mì. Tuy nhiên, nó không có gluten như ở lúa mì và như thế sẽ làm cho các thức ăn dạng nướng có độ trương nở nhỏ hơn.

Giống ngô tích lũy nhiều đường hơn tinh bột trong bắp (ngô ngọt) được tiêu dùng chủ yếu dưới dạng rau.

Thân cây ngô non tích lũy một chất kháng sinh mạnh là DIMBOA (2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-on). DIMBOA là thành viên của nhóm các axít hydroxamic (còn gọi là các benzoxazinoit) có khả năng phòng chống tự nhiên đối với một loạt các loài gây hại như côn trùng, nấm và vi khuẩn gây bệnh. DIMBOA cũng được tìm thấy trong một số loài "cỏ" có họ hàng gần, cụ thể là lúa mì. Giống ngô đột biến (bx) thiếu DIMBOA rất dễ bị các loài rệp và nấm gây bệnh. DIMBOA cũng là chất có tác dụng đề kháng tương đối của ngô non đối với sâu ngô bore châu Âu (họ Crambidae). Khi ngô trở nên già hơn thì hàm lượng DIMBOA cũng như khả năng đề kháng trước sâu bore cũng giảm đi.