ต้นว่านธรณีสาร เป็นไม้พุ่งกึ่งไม้ยืนต้นขนาดเล็ก ลำต้นตั้งตรง มีความสูงของต้นประมาณ 1-1.5 เมตร ลำต้นแผ่กิ่งก้านบริเวณใกล้กับปลายยอด เปลือกต้นเรียบเป็นสีน้ำตาล ลำต้นมีลักษณะกลมและมีรอยแผลใบตามลำต้น มีขนนุ่มตามกิ่งอ่อนและใบประดับ ส่วนอื่น ๆ ของต้นเกลี้ยง 

ใบ เป็นใบเดี่ยว ออกเรียงสลับแน่นในระนาบเดียวกันบริเวณปลายยอด มีใบย่อยประมาณ 15-30 คู่ ในแต่ละกิ่งย่อย ลักษณะของใบย่อยเป็นรูปขอบขนานเบี้ยว หรือเป็นรูปขอบขนานแกมรูปไข่ ปลายใบมน โคนใบมนเบี้ยว ส่วนขอบใบเรียบ ปลายสุดมีติ่งแหลมขนาดเล็ก ใบย่อยมีขนาดกว้างประมาณ 0.8-1.3 เซนติเมตร และยาวประมาณ 1.52.5 เซนติเมตร แผ่นใบแผ่และบาง แผ่นใบเรียบทั้งสองด้าน หลังใบสีเขียว ส่วนท้องใบเป็นสีเทาแกมเขียว มีเส้นใบข้างประมาณ 6-8 คู่ ก้านใบสั้น ยาวได้ประมาณ 0.8-1.5 มิลลิเมตร ก้านมีสีแดงเล็กน้อย ส่วนหูใบมีสีน้ำตาลแดง ลักษณะเป็นรูปหอกแกมรูปสามเหลี่ยม มีขนาดกว้างประมาณ 3-4 มิลลิเมตร ยาวประมาณ 1.5-2 มิลลิเมตร 

ดอก ออกดอกเดี่ยวสีแดงเข้ม เป็นแบบแยกเพศแต่อยู่บนต้นเดียวกัน ใบประดับมีขนนุ่มที่ฐาน โดยดอกเพศผู้จะออกดอกเป็นกระจุกตามซอกใบ มีกลีบดอก 4 กลีบ โคนสีแดง ดอกมีเกสรเพศผู้ 2 อัน ก้านชูสั้น เชื่อมติดกัน อับเรณูแตกตามยาว ก้านดอกบาง ยาวได้ประมาณ 5-10 มิลลิเมตร และกลีบเลี้ยงดอกมี 4 กลีบ กลีบเลี้ยงมีสีแดงเข้ม ลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมแกมรูปไข่ ขอบแหว่ง มีขนาดกว้างประมาณ 2-3 มิลลิเมตร ยาวประมาณ 1-2 มิลลิเมตร มีต่อม ขานฐานดอกเป็นต่อม 4 อัน เป็นรูปเหลี่ยมหรือรูปไตแบนบาง มีขนาดกว้างประมาณ 0.5-0.7 มิลลิเมตร ส่วนดอกเพศเมียจะออกตามซอกใบที่ปลายกิ่ง ดอกจะห้อยลง เรียงกันอยู่หนาแน่นตามใต้ท้องใบ กลีบดอกเพศเมียมี 6 กลีบ ลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมแกมรูปไข่ ขอบแหว่ง มีขนาดกว้างประมาณ 3.5-4 มิลลิเมตร ยาวประมาณ 1.5 มิลลิเมตร มีรังไข่เป็นรูปกึ่งกลม เกลี้ยง ส่วนปลายมีพู 6 พู ภายในรังไข่มีห้อง 3 ห้อง และมีก้านชู 3 อัน 

ผล ลักษณะของผลเป็นรูปทรงกลม มีขนาดประมาณ 3 มิลลิเมตร ผิวผลเกลี้ยง เป็นสีน้ำตาลอ่อน ก้านผลยาวประมาณ 2-2.5 เซนติเมตร และมีกลีบเลี้ยงติดอยู่คงทน ผลจะออกเรียงเป็นแนว ดูเป็นระเบียบอยู่ใต้ใบ