核桃樹一般高達3—5米，樹皮灰白色，淺縱裂，枝條髓部片狀，幼枝先端具細柔毛（2年生枝常無毛）。也有高達20-25米，樹干較別的種類矮，樹冠廣闊。樹皮幼時灰綠色，老時則灰白色而縱向淺裂。小枝無毛，具有光澤，被盾狀著生的腺體，灰綠色，后來帶褐色。
核桃羽狀復葉長25～50厘米，小葉5～9個，稀有13個。橢圓狀卵形至橢圓形，頂生小葉通常較大，長5～15厘米，寬3～6厘米，先端急尖或漸尖，基部圓或楔形，有時為心臟形。全緣或有不明顯鈍齒，表面深綠色，無毛，背面僅脈腋有毛，小葉柄極短或無，有些外殼堅硬，有些比較軟。
核桃奇數(shù)羽狀復葉長25-30厘米，葉柄及葉軸幼時被有極短腺毛及腺體小葉通常5-9枚，稀3枚，橢圓狀卵形至長橢圓形，長約6-15厘米，寬約3-6厘米，頂端鈍圓或急尖、短漸尖，基部歪斜、近于圓形，邊緣全緣或在幼樹上者具稀疏細鋸齒，上面深綠色，無毛，下面淡綠色，側脈11-15對，腋內具簇短柔毛，側生小葉具極短的小葉柄或近無柄，生于下端者較小，頂生小葉常具長約3-6厘米的小葉柄。