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U. tuberosus es una planta herbácea y compacta; las variedades silvestres son rastreras, pero para el cultivo se han seleccionado otras trepadoras o semierectas, que pueden alcanzar los 50 cm de altura formando matas densas. Los tallos y hojas son suculentos y mucilaginosos, con un tallo angular del que brotan largos pecíolos alternos al cabo de los cuales se presentan hojas cordiformes, de color variable según el cultivar. Presenta inflorescencias axilares, de flores hermafroditas. Raramente produce fruto; cuando lo hace, la semilla es un aquenio piramidal de superficie rugosa.
En los estolones subterráneos o superficiales se producen tubérculos de forma alargada o esférica, y de colores que van desde al blanco al naranja y púrpura. Normalmente su diámetro va de los 2 a los 15 cm, pero en condiciones favorables pueden asemejarse a los de la papa (Solanum tuberosum). La piel es claramente distinta del interior, firme y claro, de color blanco a amarillo limón y sin fibras perceptibles. Las raíces son fibrosas y pivotantes.
Genéticamente, son diploides y triploides, con una base de 12 cromosomas. Son más resistentes los triploides aunque estériles, salvo por propagación vegetativa.