ต้นพญารากเดียว จัดเป็นไม้พุ่มหรือไม้ต้นขนาดเล็ก ลำต้นตั้งตรง มีความสูงตั้งแต่ 1-10 เมตร เปลือกต้นเป็นสีน้ำตาล แตกกิ่งก้านน้อย กิ่งอ่อนมีขนสีน้ำตาล ก้านใบออกจากลำต้นตรงส่วนปลายของลำต้น เรียงกันหนาแน่นช่วงปลายกิ่ง กิ่งก้านสั้นเป็นกระจุกที่ปลายยอดของลำต้น เป็นไม้ลงราก รากมีลักษณะกลมโตสีเขียวและยาว 

ใบ เป็นใบประกอบแบบขนนกปลายคี่ ออกเรียงเวียนจากลำต้น ใบประกอบมีความยาวได้กว่า 35 เซนติเมตร มีใบย่อยประมาณ 8-13 คู่ ออกเรียงตรงข้ามหรือเกือบตรงข้าม ลักษณะของใบเป็นรูปใบหอกแกมรูปไข่กลับหรือเป็นรูปขอบขนานแกมรูปไข่เรียวยาว ใบย่อยมีขนาดกว้างประมาณ 1-3 เซนติเมตรและยาวประมาณ 5-10 เมตร ปลายใบแหลม โคนใบมน ส่วนขอบใบเรียบ ใบมีเส้นแขนงใบข้างละประมาณ 8-12 เส้น เส้นใบเห็นได้ไม่ชัดเจน เส้นกลางใบนูนเล็กน้อยด้านบนและนูนเด่นด้านล่าง แผ่นใบหนาคล้ายแผ่นหนัง ผิวใบด้านเรียบเป็นมัน ส่วนด้านล่างใบมีขนอยู่ประปราย ไม่มีก้านใบย่อย ส่วนก้านช่อยาวประมาณ 7-15 เซนติเมตร 

ดอก ออกดอกเป็นช่อแบบแยกแขนง โดยจะออกเป็นกระจุกที่ซอกใบและปลายกิ่ง เป็นช่อพวงใหญ่ มีความยาวได้ถึง 30 เซนติเมตร ดอกเป็นแบบแยกเพศอยู่บนต้นเดียวกันหรือเป็นแบบแยกเพศแต่อยู่ต่างต้นกัน ที่ดอกจะมีขนสั้นและขนละเอียดเป็นต่อมกระจาย ทั้งบริเวณก้านช่อดอก ก้านดอก ใบประดับ และกลีบเลี้ยงมีขนขึ้นประปรายและมีขนต่อมเป็นกระจุก ดอกมีกลีบดอก 5 กลีบ ลักษณะเป็นรูปใบหอกหรือรูปขอบขนานแกมรูปไข่ และเป็นสีม่วงปนแดง มีขนาดกว้างประมาณ 2 มิลลิเมตรและยาวประมาณ 4-5 มิลลิเมตร กลีบดอกจะแยกออกจากกันอย่างอิสระ ดอกมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6-7 มิลลิเมตร ดอกมีเกสรเพศผู้ประมาณ 5-6 ก้าน มีความยาวประมาณ 1.5-2.5 มิลลิเมตร อยู่ติดสลับกับกลีบดอก โคนก้านชูอับเรณูมีรยางค์และมีขน ส่วนเกสรเพศผู้ที่เป็นหมันในดอกเพศเมียจะมีขนาดเล็ก ยาวประมาณ 0.5 มิลลิเมตร ส่วนดอกเพศเมีย รังไข่จะอยู่เหนือวงกลีบ มี 5-6 คาร์เพล แยกออกจากกัน ในแต่ละอันจะมีช่อง 1 ช่อง มีออวุล 1 เม็ด ก้านเกสรเพศเมียจะเรียวยาว เชื่อมกันหรือแนบชิดติดเหนือรังไข่ประมาณ 1 มิลลิเมตรและยาวประมาณ 2 มิลลิเมตร ส่วนยอดเกสรเป็นรูปโล่ มีแฉกประมาณ 5-6 แฉกชี้ขึ้น ยาวประมาณ 1 มิลลิเมตร ส่วนใบประดับจะมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมขนาดเล็ก ยาวประมาณ 1 มิลลิเมตร ร่วงได้ง่าย ส่วนกลีบเลี้ยงมี 5 กลีบ ลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยม มีขนาดกว้างประมาณ 1 มิลลิเมตรและยาวประมาณ 2 มิลลิเมตร หลอดกลีบเลี้ยงสั้น ที่โคนเชื่อมติดกันเล็กน้อย และก้านยอดยาวประมาณ 7 มิลลิเมตร 

ผล ลักษณะออกผลเป็นพวง หนึ่งพวงจะมีผลประมาณ 5 ผลย่อย ลักษณะของผลย่อยเป็นรูปทรงกลม ทรงรี หรือเป็นรูปไข่ มีขนาดกว้างประมาณ 0.8-1.2 เซนติเมตรและยาวประมาณ 1-2 เซนติเมตร เปลือกนอกบาง กลางผลมีร่องตื้น ๆ ตามยาว ส่วนผนังผลชั้นในมีลักษณะแข็ง ผลเมื่อแก่จะเป็นสีแดงถึงสีม่วงดำ และก้านผลยาวประมาณ 3 มิลลิเมตร ภายในผลมีเมล็ด 1 เมล็ด ลักษณะของเมล็ดปลาไหลเผือกเป็นรูปรี ราก รากมีลักษณะยาวและหยั่งลึกลงไปใต้ดิน กลมโต สีขาวนวล รากยิ่งมีอายุหลายปีก็จะยิ่งยาวมาก โดยอาจมีความยาวได้มากกว่า 2 เมตร รากมีรสขมและเบื่อเมาเล็กน้อย