黑水大戟，一年生草本。
根纤细，长3-6厘米，直径1-4毫米，不分枝，多少弯曲，具少量须根。
茎单一直立，高15-40（100）厘米，直径2-4毫米，顶部二歧分枝。
叶互生，线形或线状椭圆形，长2-6厘米，宽3-5毫米，先端圆或钝圆，基部渐狭，全缘；
叶柄近无。
花序单生于二歧分枝顶端，基部具短柄，柄长约2毫米；
总苞钟状，高约2.5毫米，直径约2毫米，外部被短柔毛；
边缘4裂，裂片卵形，边缘具缘毛；
腺体4，长圆形；
子房密被疣状小瘤；
花柱3，分离；
柱头不裂。
蒴果三角状球形，长与直径均约3毫米，具3个纵沟，密被瘤状突起；
花柱宿存；
成熟时分裂为3个分果爿。
种子卵状，黄色，长约2.2毫米，直径约1.5毫米，光滑，发亮；
种阜深黄色，锥状，无柄，易脱落。
花果期5-7月。