Ces plantes sont caractérisées par un appareil végétatif adapté à la vie aquatique, avec un rhizome immergé ancré dans le substrat vaseux et des feuilles flottantes ou parfois émergées. Les feuilles, généralement larges et orbiculaires, présentent une cuticule réduite et des stomates localisés sur la face supérieure, facilitant les échanges gazeux à la surface de l'eau. Le tissu interne est riche en lacunes aérifères (aérenchyme), permettant la flottabilité et la circulation de l'oxygène vers les parties immergées.

Les fleurs des Nymphéacées sont solitaires, parfois spectaculaires, et émergent à la surface de l'eau. Elles présentent une organisation spiralée ou cyclique avec de nombreuses pièces florales peu différenciées, traduisant un caractère morphologiquement primitif parmi les angiospermes. Les tépales, progressivement différenciés en sépales et pétales, entourent un grand nombre d'étamines, souvent lamellaires. Le gynécée est pluricarpellé, avec des carpelles généralement soudés, formant un ovaire supère à infère selon les espèces.

La pollinisation est principalement entomophile, impliquant des insectes attirés par la couleur, l'odeur ou la production de chaleur chez certaines espèces. Certaines présentent des mécanismes sophistiqués de protogynie ou de protandrie favorisant la pollinisation croisée. Le fruit est une baie charnue ou spongieuse, mûrissant souvent sous l'eau, libérant des graines parfois munies d'arilles facilitant leur dispersion hydrochore.

Classification interne des Nymphéacées.
La famille des Nymphéacées est traditionnellement subdivisée en plusieurs genres bien différenciés sur la base de caractères morphologiques, anatomiques et reproducteurs, confirmés en grande partie par les données phylogénétiques moléculaires. Parmi les principaux genres reconnus figurent Nymphaea, Nuphar, Victoria, Euryale et Barclaya.

Sur le plan phylogénétique, les Nymphéacées occupent une position basale parmi les angiospermes, ce qui en fait un groupe clé pour l'étude de l'évolution des plantes à fleurs. Leur morphologie présente à la fois des caractères ancestraux et des adaptations spécialisées à la vie aquatique, illustrant une transition évolutive importante. Les analyses moléculaires confirment la monophylie de la famille et mettent en évidence plusieurs clades correspondant globalement à ces genres, avec une séparation ancienne entre la lignée de Nuphar et celle regroupant les autres genres. Ces données ont permis de clarifier certaines relations évolutives et de réviser les classifications traditionnelles fondées uniquement sur la morphologie.

Nuphar.
Le genre Nuphar est plus restreint et se caractérise par des fleurs fréquemment jaunâtres, avec des pièces florales moins différenciées et un ovaire supère. Les étamines y sont nombreuses mais plus simples, et les pétales sont réduits ou transformés en structures nectarifères. Ce genre est généralement considéré comme plus primitif sur le plan morphologique. Exemple : Nuphar lutea, le nénuphar jaune, se distingue par ses fleurs globuleuses jaunes et ses sépales pétaloïdes caractéristiques.

Victoria et Euryale.
Les genres Victoria et Euryale forment un groupe distinct, parfois réuni au sein d'une même lignée en raison de leurs caractères communs, notamment des feuilles géantes flottantes à nervation radiale très marquée et une adaptation poussée à la vie en surface. Victoria se distingue par ses très grandes feuilles circulaires pouvant supporter un poids important, tandis que Euryale présente des feuilles épineuses et une distribution asiatique. Exemples : le genre Victoria offre des espèces spectaculaires comme Victoria amazonica, dont les feuilles circulaires peuvent atteindre plus de deux mètres de diamètre et supporter le poids d'un enfant; Euryale ferox, unique espèce du genre Euryale, est, quant à elle, une plante aux fleurs violettes, parfois cultivée dans les jardins botaniques spécialisés.

Barclaya.
Le genre Barclaya se différencie nettement par ses feuilles ordinairement submergées et ses fleurs émergées à structure particulière, avec une réduction du nombre de pièces florales et une organisation plus dérivée. Il est parfois considéré comme un groupe à part au sein des Nymphéacées en raison de ses caractères morphologiques atypiques. Exemple : Barclaya longifolia, originaire d'Asie du Sud-Es a des fleurs rouges ou verdâtres et un feuillage allongé, souvent apprécié en aquariophilie.