厚皮甜瓜根系强大,主根入土达1.5米,侧根扩展半径可达2米,根的吸收能力强,能充分利用土壤深层的水分,因此较耐干旱、贫瘠。薄皮甜瓜主根则较浅,深50~60厘米,主要根群呈水平生长。甜瓜的根系好气性强,要求土质疏松、通气性良好的土壤条件,故大部分根群多分布于10~30厘米的耕作层中。甜瓜根系木栓化程度高,再生能力弱,损伤后不易恢复,因此栽培中应采用护根育苗。
甜瓜的茎在苗期节间短,可直立生长,4~5片叶后节间伸长,爬地匍匐生长。茎中空,有条纹或棱角,上具刺毛。茎的分枝能力极强,主蔓的各个叶腋均能抽生子蔓,子蔓上发生孙蔓,孙蔓上还能再生侧蔓,只要条件适宜可无限生长。在自然生长状态下,甜瓜主蔓生长势较弱,长度不过1米,侧蔓生长十分旺盛,长度往往超过主蔓。
甜瓜为单叶互生,叶形为圆形、肾形或心脏形,叶柄及主脉具短刚毛,正反面均被茸毛,叶缘不分裂或浅裂。叶腋处着生腋芽、花器及卷须。厚皮甜瓜叶片较大,叶柄较长,叶色浅绿且平展;薄皮甜瓜叶片较小,叶柄短,叶色深绿,叶片不太平展。
甜瓜的花着生在叶腋处,雌雄异花同株。雌花单生,雄花3~5朵簇生,多数品种雌花是具雄蕊的两性花,又称结实花。雌雄花均具蜜腺,属虫媒花,自花授粉和异花授粉都能结出果实。设施栽培因昆虫少,应进行人工辅助授粉。主蔓雌花出现较迟,子蔓、孙蔓雌花出现较早,通常在1~2节出现雌花。主蔓雌花比例仅0.2%,子蔓达11%,而孙蔓高达40%~63%,故甜瓜多以子蔓或孙蔓结果为主。开花时间主要取决于温度,一天当中早晨气温在20℃左右开花。
甜瓜的果实为子房和花托发育而成的瓠果,3~4个心室。幼果圆形或椭圆形,因果皮中含有大量叶绿素,故幼果一般为绿色,在成熟过程中叶绿素逐渐消失,在其他色素的作用下,果皮呈现黄、白、橘红、绿色等。成熟果实的形状因品种而异,有圆球、扁圆、长圆、椭圆、长卵圆和纺锤等形,果面特征有光皮、网纹、条沟、有棱等区别。果肉颜色有白、绿、橘红三种,肉质有绵软、脆之分。甜瓜果实成熟时,一般具有不同程度的芳香味。厚皮甜瓜的食用部分为中果皮和内果皮发育而成的果肉,胎座部分为空腔,以肉厚、腔小的品种为佳;薄皮甜瓜的食用部分为整个果皮和胎座,果肉较薄,腔室较大。果实的形状、颜色、大小、质地、含糖量、风味等因品种不同而异。
甜瓜种子扁平,椭圆形或长椭圆形,黄白色。厚皮甜瓜种子较大,千粒重30~80克;薄皮甜瓜种子小,千粒重5~20克。单瓜种子数400~600粒。
甜瓜花芽分化初期不分性别,随后才向雌性或雄性方向发展成雌花和雄花,雌花上雌雄蕊同时发育而成为两性花,又称结实花。甜瓜花芽分化期较早,幼苗具3 片真叶时,主蔓叶芽已分化到17 节,花芽已分化到13 节,1~11 节已分化侧蔓,其中1~9 节侧蔓的花芽已分化。甜瓜的花芽分化受温、光条件的影响,低夜温和短日照有利于结实花的形成。昼温30℃,夜温18~20℃,8~12 小时日照对甜瓜结实花的形成有利。