棉花枯萎病的病原菌丝透明，具分隔，在侧生的孢子梗上生出分生孢子。大型分生孢子镰刀形，略弯，两端稍尖，具2～5个隔膜，多为3个，大小22.8～38.4×2.6～4.1(μm)。我国棉枯萎镰刀菌大型分生孢子分为三种培养型：I型纺缍形或匀称镰刀形，多具3～4个隔，足胞明显或不明显，为典型尖孢类型。Ⅱ型分生孢子较宽短或细长，多为3～4个隔，形态变化较大。Ⅲ型分生孢子明显短宽，顶细胞有喙或钝圆，孢子上宽下窄，多具3个隔。小型分生孢子卵圆形，无色，多为单细胞，大小5～11．7×2．2～3．5(μm)。厚垣孢子顶生或间生，黄色，单生或2～3个连生，球形至卵圆形。枯萎病菌的菌落因菌系、生理小种及培养基不同而有差异。