Chuột gạo đồng lầy là loài gặm nhấm cỡ trung mà trông giống như chuột màu đen và nâu thông thường, nhưng có sự khác biệt về màu sắc lớn hơn giữa phần trên và phần dưới.Bộ lông dày và ngắn. Các phần trên thường từ màu xám đến màu nâu xám với phần đầu có màu sáng hơn chút, và phân tách rõ ràng từ phần dưới với màu trắng nhạt đến phần chân. Chúng có túi má nhỏ. Tai của loài này có màu giống như phần trên, nhưng có một mảng lông màu sáng trước chúng. Đuôi có màu nâu sẫm ở trên và có thể nhạt dần ở phía dưới. Lông bảo vệ dài và không màu, có đầu màu bạc. Khi chuột gạo đồng lầy bơi, nước bị giữ ở trong lông nhằm tăng khả năng nổi và giảm sự mất nhiệt. Giống như các loài oryzomyine khác, các con cái có tám núm vú.

Chân trước có 4 ngón và chân sau có 5 ngón.Chân trước không có chùm móng (chùm lông trên ngón chân). Chân sau rộng và có năm ngón nhỏ. Nhiều miếng đệm đã bị giảm thiểu, cũng như chùm móng, nhưng các màng nhỏ đã có mặt. Dạng chuột ở The Florida Keys, P. o. argentatus, thậm chí có chùm móng bị giảm nhiều hơn. Các đặc điểm này là sự thích nghi phổ biến cho cuộc sốn dưới nước trong loài oryzomyines.

Một số biến thể địa lý của màu lông có xuất hiện; quần thể phía tây (P. o. texensis) có màu sáng hơn phía đông (P. o. palustris), và quần thể Florida thường có màu nây đỏ hoặc đỏ hơn so với quần thể kể trên, cùng với quần thể ở phía nam Florida (P. o. coloratus) có màu sáng hơn so với quần thể ở trung tâm của bang (P. o. natator). Dạng chuột The Florida Keys (P. o. Argentatus) có màu bạc, và hai dạng Florida khác — P. o. planirostris và P. o. sanibeli - thiếu tông màu đỏ của quần thể Florida đại lục và thay vào đó hơi xám, giống như P. o. planirostris, hoặc nâu (P. o. sanibeli). Vào năm 1989, Humphrey và Setzer đánh giá biến thể về màu sắc giữa các quần thể Florida. Họ phát hiện ra P. o. argentatus màu sáng hơn đáng kể và P. o. planirostris và P. o. sanibeli có phần hơi đậm hơn quần thể đại lục, và P. o. argentatus có lông màu vàng nhạt hơn, nhưng không thấy có sự khác biệt đáng kể nào về màu đỏ. Biến thể đáng kể trong quần thể cũng đã được tìm thấy.

Tổng chiều dài là từ 226 đến 305 mm, chiều dài đuôi là từ 108 đến 156 mm, chiều dài chân sau là từ 28 đến 37 mm. Khối lượng cơ thể vào khoảng 40 đến 80 g với con đực có kích cỡ lớn hơn một chút. Các cá thể lớn nhất xuất hiện ở Florida và dọc theo bờ biển Duyên hải tây châu thổ sông Mississippi.

Dạ dày có mô hình đặc trưng của loài sigmodontines (unilocular-hemiglandular); bụng không được chia làm hai buồng bởi khuyết góc dạ dày và phần trước (antrum) được bao phủ bởi biểu mô tuyền. Không có các túi mật, đặc điểm từ tổ tiên chung của loài Oryzomyini. Nhiễm sắc thể đồ bao gồm 56 nhiễm sắc thể và một số cơ bản của 60 cánh tay nhiễm sắc thể (2n = 56, FN = 60). Dạng nhiễm sắc thể giới tính đã được sử dụng để phân biệt chuột gạo đồng lầy từ loài Oryzomys couesi, nhưng có thể quá khác biệt giữa các loài Oryzomys mà có ích trong việc phân biệt chúng. Bất hoạt nhiễm sắc thể X xảy ra ở chuột gạo đồng lầy, mặc dù loài này thiếu retrotransposon LINE-1 mà đã được đề xuất như thành phần của quá trình bất hoạt. Các đột biến kết hợp hoặc bổ sung răng hàm và với lông nhẹ đã được ghi chép trong các khuẩn lạc trong phòng thí nghiệm; các răng hàm bất thường rõ rằng là kết quả của đột biến đơn lặn tự phát. Ở khoảng 50%, hematocrit (tỷ lệ hồng cầu trong máu) cao ở chuột gạo đồng lầy so với các loài gặm nhấm khác; đây có thể là một sự thích ứng cho phép chuột gạo đồng lầy tăng dung tích oxy trong khi bơi dưới nước.

Giải phẫu sinh dục con đực

Quy đầu dài và khỏe, trung bình dài 7,3 mm và rộng 4,6 mm, và xương ngọc hành (xương dương vật) dài 6,6 mm. Như đặc trưng của loài Sigmodontinae, chuột gạo đồng lầy có dương vật phức tạp, với phần ngoại biên của xương ngọc hành dài ba ngón (digit). Kích thước giữa lớn hơn đáng kể so với các kích thước ở hai bên. Bề mặt ngoại biên của dương vật hầu như được che bởi lông gai, nhưng một vòng mô không gai rộng đã được tìm thấy. Vị trí nhú (nhô ra giống như núm vú) ở mặt lưng (phía trên) của dương vật được bao phủ bởi các gai nhỏ, một đặc tính mà chuột lùn chỉ chia sẻ với các loài chuột Oligoryzomys và Oryzomys trong số các loài oryzomyin được kiểm tra. Quả cầu có kích thước chiều sâu hơn chiều rộng.

Một số đặc điểm của tuyến phụ ở vùng sinh dục con đực khác nhau giữa các loài oryzomyine. Trong con chuột gạo đầm lầy, một cặp tuyến bao quy đầu có mặt ở dương vật. Như thường thấy đối với loài sigmodontines, hai cặp tuyến tiền liệt tuyến ở phần bụng và một cặp tuyến tiền liệt tuyến ở lưng và phía trước tồn tại. Phần cuối của tinh nang được gấp nếp bất thường, không nhẵn như hầu các các loài oryzomyines khác.