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가시 연꽃은 한해살이로 부엽식물이다.

잎은 수면 위로 드러난 잎은 둥근 쟁반 모양으로 직경 2m까지 성장하고, 앞면은 광택이 나고 주름이 지면서 마치 악어의 등 비늘처럼 보인다. 뒷면은 흑자색을 띠고, 돌출 맥이 있다. 봄인 주로 4~5월에 물속에서 발아한다. 발아한 잎은 작고 침모양이며, 가시가 없는 화살촉 모양으로 성장하고, 마침내 창 모양으로 변한다. 뒤이어 순차적으로 생겨난 잎은 차례로 크며, 보통 10장 때부터 둥근 방패모양이 되고, 예리한 가시도 함께 생겨난다. 긴 잎자루 끝에 붙어 있다. 잎자루는 물속 초기 생장에서 길이가 고정되며, 전체에 예리한 가시가 있다. 직경이 최고 2m에 이른다.

꽃은 7~8월에 화려한 자색으로 피며, 충매화다. 물속에서 한여름인 주로 7월에 폐쇄화가 생긴다.

열매는 주로 물속 폐쇄화에서 만들어지고, 육질 가종피로 둘러싸인 직경 1cm 정도의 구슬모양 물열매이다.