火龙果为多年生攀援性的多肉植物 。植株无主根，侧根大量分布在浅表土层，同时有很多气生根，可攀援生长 。根茎深绿色，粗壮，长可达7米，粗10～12厘米，具3棱 。棱扁 ， 边缘波浪状，茎节处生长攀援根，可攀附其他植物上生长，肋多为3条，每段茎节凹陷处具小刺 。
火龙果由于长期生长于热带沙漠地区，其叶片已退化，光合作用功能由茎干承担 。茎的内部是大量饱含粘稠液体的薄壁细胞，有利于在雨季吸收尽可能多的水分 。芽内有数量较多的复芽和混合芽原基 ， 可以抽生为叶芽、花芽 。花芽发育前期，在适宜的温度条件下，可以向叶芽转化 。而旺盛生长的枝条顶端组织，也可以在适当的条件下抽生花芽 。
火龙果花白色，巨大子房下位 ， 花长约30厘米，故又有霸王花之称 。花萼管状 ， 宽约3厘米，带绿色（有时淡紫色）的裂片；具长3～8厘米的鳞片；花瓣宽阔 ， 纯白色，直立，倒披针形，全缘 。雄蕊多而细长，多达700～960条，与花柱等长或较短 。花药乳黄色，花丝白色；花柱粗，0.7～0.8厘米，乳黄色；雌蕊柱头裂片多达24枚 。
火龙果的果实长圆形或卵圆形，表皮红色，肉质，具卵状而顶端急尖的鳞片 ， 果长10～12厘米，果皮厚，有蜡质 。果肉白色或红色 。有近万粒具香味的芝麻状种子，故称为芝麻果 。
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