冬虫夏草菌的子囊孢子为多细胞的针状物，由子囊散出后产生横隔，每段萌发，产生芽管，侵入昆虫的幼虫体内，蔓延发展，破坏虫体内部的结构，把虫体变成充满菌丝的僵虫，冬季形成菌核，夏季自幼虫体的头部长出棍棒状的子座，子座上端膨大，近表面生有许多子囊壳，壳内生有许多长形的子囊，每个子囊具2—8个子囊孢子，通常只有2个成熟，子囊孢子细长、有多数横隔，它从子囊壳孔口散射出去，又继续下一个周期的循环。
正宗的冬虫夏草从其生长环境来分有两种，高原草甸的草原虫草和高海拔阴山峡谷的高山虫草，由于生长环境和土质的差异，它们在色泽和形态方面有些许区别，草原虫草为土黄色，虫体肥大，肉质松软；高山虫草为黑褐色，虫体饱满结实。因草原地域辽阔，是主产地，市面流行多为此品种。而高山虫草源稀少，但古医书记载的多是这种。从营养成分说，两者差不多，但无论哪种都是以天然本质为贵，一旦染色或受污染，就失去价值。
冬虫夏草是由子座和虫体二部分相连组成，虫体臣4～6 Cm，表面黄色或黄棕色，云南、四川产的颜色偏暗褐色，背面有多条横向皱纹，腹部有足8对，近头部3对，腹部4对，尾部1对，其中腹部的4对较为明显，虫体轻而脆，易折断，断面白色，微有弹性；子座从虫体的头部长出，臣4～7Cm，基部将虫体的头部包被，呈长棒状，上粗下细，灰褐色或黑褐色，质柔韧，断面多为中空。
嗅之具草菇香气，味甘。足8对，中部4对较明显，质脆，易折断，断面黄白色。子座单生，细长圆柱形，长4至7厘米，直径约3毫米；表面深棕色至棕褐色，有细纵皱纹，上部稍膨大，质柔韧，断面类白色。气微腥，味微苦。以虫体色泽黄亮，丰满肥大，断面黄白色，子座短小者为佳。