ข้าวโพดเป็นไม้ล้มลุกปีเดียว สูงได้ถึง ๔ ม. มักไม่แตกกิ่ง ลำต้นตัน ที่ข้อล่าง ๆ มีรากค้ำ
ใบเดี่ยว เรียงสลับ รูปแถบหรือรูปใบหอกแกมรูปแถบ กว้าง ๓-๑๐ ซม. ยาว ๐.๓-๑.๕ ม. ปลายเรียวแหลมขอบมีขนครุย ผิวใบมีขนกระจายทั้ง ๒ ด้าน กาบใบยาว ๑๐-๓๐ ซม. มีขนยาวนุ่ม และมีมากตามขอบกาบ ลิ้นใบเป็นเยื่อ ยาว ๓-๕ มม. ปลายเป็นแถบขน ติ่งใบเป็นเยื่อบาง มีขนยาวหนาแน่น
ดอกแยกเพศร่วมต้นต่างช่อ ช่อดอกเพศผู้แบบช่อแยกแขนง ออกที่ยอด ยาว ๑๕-๔๐ ซม. ประกอบด้วยช่อแขนงแบบช่อกระจะคล้ายช่อเชิงลด ช่อดอกย่อยออกเป็นคู่ มีก้านและไร้ก้าน ลักษณะและรูปร่างคล้ายกัน รูปขอบขนานแกมรูปใบหอก กว้าง ๒-๓ มม. ยาว ๐.๗-๑ ซม. กาบ ๒ กาบ รูปไข่หรือรูปขอบขนานแกมรูปใบหอกยาวประมาณ ๗ มม. ปลายแหลม ด้านนอกมีขน กาบบนบางกว่ากาบล่าง มีดอก ๒ ดอก ลักษณะเหมือนกัน ดอกบนเล็กกว่าดอกล่าง เป็นดอกเพศผู้หรืออาจเป็นหมัน กาบ ๒ กาบ รูปไข่ ยาว ๖-๗ มม. ปลายแหลม เนื้อกาบบาง กลีบเกล็ดมี ๒ กลีบ เกสรเพศผู้ ๓ เกสร อับเรณูยาว ๔-๕ มม. ติดกับก้านชูอับเรณูแบบไหวได้ ช่อดอกเพศเมียแบบช่อเชิงลด ออกที่ซอกกาบใบ รูปทรงกระบอก ยาว ๑๐-๒๕ ซม. แต่ละต้นมี ๑-๓ ช่อ มีใบประดับเป็นกาบหุ้มช่อดอก ๘-๑๓ กาบ ช่อดอกย่อยไม่มีก้าน ออกเป็นคู่ และเรียงเป็นแถวตามยาวบนแกนกลางช่อดอกที่ขยายใหญ่ กาบช่อดอกย่อย ๒ กาบ ค่อนข้างกลม ยาว ๗-๙ มม. ปลายมนหรือแยกเป็น ๒ แฉก เนื้อบางใส กาบบนเล็กกว่ากาบล่าง มีดอก ๒ ดอก ดอกล่างเป็นหมัน มีกาบล่างบาง รูปค่อนข้างกลมยาว ๕-๖ มม. กาบบนเล็กกว่าหรือไม่มี ดอกบนเป็นดอกเพศเมีย มีกาบบาง กาบล่างค่อนข้างกลม ยาว ๕-๖ มม. กาบบนรูปไข่ ยาว ๔-๕ มม. ไม่มีกลีบเกล็ด รังไข่อยู่เหนือวงกลีบ มี ๑ ช่อง ออวุล ๑ เม็ด ก้านยอดเกสรเพศเมียเป็นเส้นเดียว ยาวได้ถึง ๔๕ ซม. สีเหลืองอ่อนหรือสีขาวอมเขียว ส่วนที่โผล่พ้นกาบหุ้มช่อดอกสีม่วงแดงหรือสีน้ำตาลแดง ยอดเกสรเพศเมียแยกเล็กน้อยเป็น ๒ แฉก
ผลแบบผลแห้งเมล็ดติด รูปไข่กลับหรือค่อนข้างกลม ยาว ๐.๕-๑ มม. สีขาว สีเหลือง สีแดง สีม่วง หรือเกือบดำ (ขึ้นอยู่กับพันธุ์ปลูก) ผลหรือที่เรียกว่าเมล็ด (kernel) เรียงบนแกนกลางช่อผลซึ่งเรียกว่า ซัง และเรียกช่อผลว่า ฝัก (ear, cob) เมื่อแก่รูปทรงกระบอกปลายแหลม กว้าง ๓-๗ ซม. ยาว ๘-๔๒ ซม. อยู่ภายในกาบ (husk) แต่ละฝักอาจมีจำนวนผลได้ถึง ๑,๐๐๐ ผล ขึ้นอยู่กับพันธุ์ปลูกและความเหมาะสมของแหล่งที่ปลูก
ข้าวโพดมีถิ่นกำเนิดที่ไม่แน่ชัด คาดว่าถิ่นกำเนิดอยู่ที่เม็กซิโกและทวีปอเมริกาเหนือตอนกลาง ซึ่งคนพื้นเมืองปลูกกันมานาน ปัจจุบันเป็นพืชปลูกทั่วโลก ในประเทศไทยปลูกเป็นพืชไร่ทั่วทุกภาค
ประโยชน์ของข้าวโพดมีมากเช่นเดียวกับข้าวและข้าวสาลี เมล็ดใช้เป็นอาหาร ทำแป้ง น้ำมัน น้ำเชื่อม กลีเซอรีน สบู่ เครื่องสำอาง แอลกอฮอล์และเครื่องดื่มประเภทแอลกอฮอล์ ฝักอ่อนบางพันธุ์กินเป็นผัก ทั้งต้น
ข้าวโพดเป็นพืชผสมข้ามต้นที่มีความผันแปรมากอีกทั้งยังเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญ จึงมีการปรับปรุงและคัดเลือกพันธุ์เพื่อการใช้ประโยชน์ ทำให้เกิดมีชนิดย่อยพันธุ์ และพันธุ์ปลูกมากมาย มีการจัดประเภทของพันธุ์ต่าง ๆ เหล่านี้ออกเป็นหลายกลุ่ม โดยอาศัยลักษณะของโครงสร้างและรูปร่างของเมล็ด ดังนี้
๑. กลุ่มข้าวโพดหัวบุบ (Dent corn, Dent maize) เป็นพวกข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Zea mays L. convar. denliformis Koern., Z. mays L. var. indentata (Sturtev.) L. H. Bailey, Z. indentata Sturtev. เมล็ดมีรูปร่างลีบ มักมีสีเหลืองหรือสีขาว ภายในเมล็ดรอบนอกมีแป้งเนื้อแข็ง ส่วนตรงกลางไปจนถึงปลายเมล็ดเป็นแป้งเนื้ออ่อนสีขาว เมื่อเมล็ดแก่และแห้ง เนื้อแป้งอ่อนจะยุบและย่นทำให้ปลายเมล็ดบุบลงไป ข้าวโพดกลุ่มนี้พบปลูกมากในสหรัฐอเมริกาและเม็กซิโกตอนเหนือ
๒. กลุ่มข้าวโพดหัวแข็ง (Flint corn, Flint maize) เป็นพวกข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Zea mays L. convar. mays Koern. Zea indurata Sturtev., Z. mays L. var. indurata (Sturtev.) L. H. Bailey เมล็ดมีขนาดเล็กกว่ากลุ่มแรกและมีสีต่าง ๆ มีแป้งเนื้อแข็งมาก และแป้งเนื้ออ่อนตรงกลางเมล็ดน้อย เมล็ดจึงมีเนื้อแข็ง ทำให้แมลงทำลายได้ยาก ข้าวโพดกลุ่มนี้ปลูกกันมากในยุโรปเอเชีย แอฟริกาเขตร้อน ทางตอนกลางและตอนใต้ของอเมริกาเหนือ
๓. กลุ่มข้าวโพดป่า (Pod corn, Pod maize) เป็นพวกข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Zea tunicata Sturtev. เป็นข้าวโพดป่าพันธุ์พื้นเมืองที่โบราณที่สุด และเป็นพวกแรกที่นำเข้ามาปลูกเป็นพืชปลูก ลำต้นและฝักมีขนาดเล็กกว่าข้าวโพดกลุ่มอื่น ๆ เมล็ดอยู่ภายในใบประดับที่เป็นกาบของดอก ปัจจุบันข้าวโพดกลุ่มนี้ไม่มีการปลูกเป็นการค้าแต่ชาวพื้นเมืองบางพวกยังคงปลูกอยู่
๔. กลุ่มข้าวโพดคั่ว (Pop corn, Pop maize) เป็นพวกข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Zea mays L. convar. microsperma Koern., Z. everta Sturtev., Z. mays L. var. everta (Sturtev.) L. H. Bailey มีเมล็ดขนาดเล็กสัดส่วนของแป้งเนื้อแข็งมีปริมาณมากกว่าแป้งเนื้ออ่อนสีขาวซึ่งมีเล็กน้อยตรงกลางเมล็ด เมื่อนำไปอบหรือคั่วแป้งเนื้ออ่อนจะสุกก่อน ทำให้เมล็ดแตกปะทุออก เรียกข้าวโพดคั่ว ข้าวโพดกลุ่มนี้มีความสำคัญมากที่สุดในสหรัฐอเมริกาและเม็กซิโก
๕. กลุ่มข้าวโพดแป้ง (Soft corn, Soft maize, Flour corn, Flour maize) เป็นข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Zea amylacea Sturtev., Z. mays L. var. amylacea (Sturtev.) L. H. Bailey, Z. mays L. convar. amylacea (Sturtev.) Greb. ในหนึ่งเมล็ดมีหลายสี และแป้งเป็นแป้งเนื้ออ่อน เมื่อแก่เมล็ดนุ่มกว่าข้าวโพดหัวแข็ง และบดทำแป้งได้ง่าย ข้าวโพดกลุ่มนี้พบปลูกกันมากในที่แห้งแล้งของสหรัฐอเมริกา ทางตะวันตกของอเมริกาใต้ และแอฟริกาตอนใต้
๖. กลุ่มข้าวโพดหวาน (Sweet corn, Sweet maize) เป็นข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Zea mays L. convar. saccharata Körn., Z. mays L. var. rugosa Bonaf., Z. saccharata Sturtev. เมล็ดมีแป้งน้อย เมื่อแห้งผิวจะย่น นิยมนำไปต้ม นึ่ง หรือย่าง พบปลูกมากในสหรัฐอเมริกาและเอเชียตะวันออกเฉียงใต้
๗. กลุ่มข้าวโพดข้าวเหนียว (Wascy corn, Wascy maize) เป็นข้าวโพดที่มีชื่อพ้องว่า Z. mays L. convar. ceratina Kuleshov., Z mays L. subsp. ceratina (Kuleshov.) Zhuk. เมล็ดมีแป้งอ่อนชนิดอะไมโลเพกทิน ใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมทำกาว ใช้กินเมล็ดจากฝักสด แม้ไม่หวานเท่าข้าวโพดหวาน แต่เนื้อนิ่มพบปลูกมากทางเอเชียตะวันออก.