Крупное дерево до 25 и высотой с огромной кроной и толстым стволом до 3-7 м в диаметре. Листья очередные, непарноперистые, с 2-5 парами яйцевидно-удлиненных листочков. Цветки раздельнополые, растения однодомные. Мужские цветки в висячих многоцветковых сережках, каждый состоит из 6-лопастного околоцветника и 12-18 тычинок. Женские цветки сидячие, собраны по 2-3, имеют двойной околоцветник, сросшийся с завязью. Плоды - крупные костянки с наружной зеленой мясистой частью (околоплодником) и внутренней твердой частью ("орехом"), яйцевидные или шаровидные, с 2-5 неполными перегородками. Внутри деревянистой скорлупы заключено съедобное ядро.

Цветет обычно в мае, одновременно с распусканием листьев. Изредка наблюдается вторичное цветение в июне. Опыление ветром. Плоды созревают в сентябре-октябре, сильно варьируют по размерам, форме, вкусу, твердости скорлупы, развитости перегородок, химическому составу и другим показателям. Вес одного ореха - 5-17 г, на ядро приходится 40-58%.

Издавна широко культивируется; растет дико в южных районах Кавказа и Средней Азии. Наибольшие площади лесов из грецкого ореха (свыше 25 тыс. га) сохранились в Южной Киргизии на склонах Ферганского и Чаткальского хребтов, на высоте 1100-2000 м над уровнем моря (по поймам мелких рек на северных склонах - до 800 м). В 100-120-летних древостоях с сомкнутостью крон 0,4-0,6 запас древесины - 100-200 куб. м/га.

Семенная продуктивность отдельных деревьев варьирует от 1 до 300 кг. В сомкнутых насаждениях урожай орехов с одного дерева редко превышает 40 кг, тогда как отдельные свободно стоящие деревья давали до 480 кг орехов. Наибольшие урожаи отмечены в возрасте 150-180 лет. В естественных насаждениях лишь 10-15% деревьев плодоносят достаточно обильно; обычно урожай орехов в лесу колеблется от 6 до 300 кг/га (в среднем 120-200). Годовой урожай орехов во всех лесах СНГ составляет до 15 тыс. т.

В ядрах плодов содержится 54-74% жира, 12-21% белковых веществ, витамины группы В, провитамин А. Ядра обладают замечательным вкусом и высокой питательностью, употребляются в пищу в натуральном виде, идут на приготовление различных блюд, халвы, конфет, тортов, пирожных и других сладостей. Особой популярностью орех пользуется на Кавказе, где он издавна считался священным деревом. На Кавказе существует множество рецептов употребления плодов грецкого ореха. Из целых недозрелых плодов (вместе с околоплодником) варят варенье. Масло из грецких орехов, относящееся к группе высыхающих, употребляют в пищу, используют при изготовлении лаков для живописи, особой туши, мыла и т. д. После отжимания масла остается жмых, который содержит более 40% белковых веществ и около 10% жира; это ценный пищевой продукт и прекрасный корм для домашних животных, особенно птиц.

Зеленые плоды, богатые аскорбиновой кислотой (до 3000 мг%) и каротином, служат сырьем для витаминных концентратов. Однако для производства витаминных препаратов целесообразнее использовать не сами плоды, имеющие громадную пищевую ценность, а околоплодники (после извлечения орехов), а также листья, в которых содержание витамина С достигает 4500 мг%. Отвары и настои листьев и околоплодников в народной медицине применяют при желудочных и гинекологических заболеваниях, болезнях почек и мочевого пузыря, стоматитах и ангинах, а также пьют как улучшающее обмен веществ и общеукрепляющее средство при авитаминозах, истощении, атеросклерозе. Порошок из околоплодников считался кровоостанавливающим средством, им присыпали язвы и раны. До недавнего времени из околоплодников делали препарат "Юглон" для лечения туберкулеза кожи. Ядра орехов рекомендуют для восстановительного питания после болезней и для улучшения пищеварения. Свежее масло из них способствует заживлению язв и поражений кожи. Его используют для лечения конъюнктивитов и воспаления среднего уха, а раньше назначали как слабительное и противоглистное средство.

Околоплодники можно использовать для дубления кожи. Листья, кору и околоплодники употребляли для окраски тканей, шерсти, ковров, а также волос. Известны удачные опыты утилизации скорлупы в производстве линолеума, толя, шлифовальных камней. Одна из японских фирм использует толченую скорлупу грецких орехов как составную часть тормозных материалов, устойчивых к истиранию при высоких температурах.

Большую ценность имеет древесина грецкого ореха, идущая для изготовления дорогой мебели и ружейных лож. В начале века из нее делали пропеллеры для самолетов. Особенно ценятся так называемые капы - наплывы на стволе с красивым рисунком древесных волокон. Они идут на изготовление отделочной фанеры, шкатулок, различных украшений.