Стрелолисты — многолетние травянистые растения, полностью растущие в воде либо частично в неё погружённые (гидрофиты по жизненной форме).

Из короткого толстого корневища выходит трёхгранный стебель. Он достигает 20 - 110 см в длину, но при этом целиком находится под водой и наполнен воздухоносной тканью (аэренхимой).

На столонах стрелолиста часто возникают подземные клубни.

Для стрелолиста характерно явление гетерофиллии: листья имеют различную форму. Подводные листья — простой удлинённой формы, чаще похожи на тонкие нити до 1,2 м длиной. Плавающие — эллиптические. Надводные листья по форме напоминают стрелу, обычно достигают длины 25 - 30 см.

Цветки собраны в кисть по три, раздельнополые, в диаметре от 1,2 до 5 см, имеют зелёную трёхчленную чашечку и три белых с розовым основанием лепестка. Нижние две мутовки из пестичных цветков, прочие — из тычиночных, цветоносы пестичных цветков короче. Цветут с середины июня до конца августа. Опыляются насекомыми.

Плод — семянка с носиком, плавающая на поверхности воды. Стрелолистам, как и другим родам семейства Частуховые, присуща гидрохория — распространение семян и плодов водными течениями.