由地下茎先端膨大形成的块状变态茎。块茎含有丰富的淀粉，为贮藏器官，可作为繁殖材料，如马铃薯、菊芋、草石蚕、山药等的地下食用部分都是块茎。

马铃薯、菊芋、草石蚕等的块茎均由主茎地下部分发生的侧枝（即匍匐茎）先端膨大而成，其上按叶序排列着生许多芽，称“芽眼”。如马铃薯块茎的芽眼一般按3/8的叶序呈螺旋状排列，基部芽眼少，顶部多。芽眼下方有残存的叶痕，称“芽眉”。山药的块茎由主茎向地的先端膨大形成，只在根颈处着生一个芽，块茎表面则着生大量不定根。但在作为种薯切开定植时，薯块的任何部位都可以形成不定芽，因而山药的块茎表现为茎和根的中间过渡状态。块茎是茎的变态，具有茎的解剖结构。马铃薯等双子叶植物为双韧维管束，具有整齐的中柱；山药为单子叶植物，维管束是并列型，散生在由薄壁细胞组成的基本组织中。

山药块茎的形成和膨大与茎叶生长同步。而马铃薯、菊芋和草石蚕等的块茎形成是在地上部茎叶生长和匍匐茎伸长以后。块茎形成过程中包括地下匍匐茎的伸长及其顶端的膨大两个阶段。只有在黑暗和湿润的条件下才能诱导匍匐茎顶端膨大而形成块茎。匍匐茎的伸长及其顶端膨大形成块茎又与其中内源脱落酸、赤霉素以及细胞分裂素的作用有关。处在伸长生长的匍匐茎中，赤霉素的含量很高，从而促进匍匐茎的伸长；细胞分裂素则控制匍匐茎横向加粗生长。马铃薯、菊芋和草石蚕等蔬菜在形成块茎中还要求短日照的诱导，但其中有些品种在长期栽培驯化中已失去对光周期的敏感性。当然短日照处理更能加速块茎的形成和膨大。短日照促使刺激块茎形成的物质产生，这种物质在植株的地上部分产生，然后运送到地下部分起作用。较高的温度有利于匍匐茎的伸长：较低的温度，尤其是较低的夜温，即使没有短光照也能促进块茎的形成。匍匐茎中碳水化合物的浓度增加也有利于块茎的形成和膨大，而相对较高的氮素含量则促进地上部茎叶的生长，不利块茎膨大。在块茎形成期间，同化产物的积累是块茎膨大的物质基础。较强的光照有利于光合作用，也能促进块茎的膨大。