ต้นจันทน์หอมเป็นไม้ต้นขนาดเล็กถึงขนาดกลาง ผลัดใบสูง 10 - 20 เมตร ลำต้นเปลาตรง เปลือกสีเทาอมขาวเรียบ เรือนยอดเป็นพุ่มกลมค่อนข้างโปร่ง กิ่งอ่อนมีขนประปราย

ใบ เป็นชนิดใบเดี่ยว ติดเรียงสลับทรงใบรูปรีๆ แกมรูปขอบขนาน หรือรูปรีๆ แกมรูปไข่กลับ กว้าง 3 - 6 ซม. ยาว 8-14 ซม. โคนใบตัดหรือหยักเว้าเข้าเล็กน้อย ปลายใบสอบแหลมทู่ๆ เนื้อใบค่อนข้างหนา แรกๆ มีขนประปราย แต่พอใบแก่จะเกลี้ยง ใบแห้งออกสีเขียวอ่อนๆ เส้นใบออกจากจุดโคนใบ 3 เส้น เส้นแขนงใบมี 4 - 6 คู่ ขอบใบเป็นคลื่นห่างๆ ทางส่วนที่ค่อนไปทางปลายใบ ก้านใบยาว 5 - 10 มม. มีขนประปรายและจะออกสีคล้ำเมื่อใบแห้ง

ดอกเล็กสีขาว ออกรวมกันเป็นช่อตามปลายกิ่งและตามง่ามใบใกล้ๆ ปลายกิ่ง ช่อยาวประมาณ 15 ซม. โคนกลีบฐานดอกติดกันเป็นรูปเหยือกน้ำ ปลายแยกเป็นแฉกแหลมๆ 5 แฉก ทั้งหมดยาว 10 - 13 มม. มีขนแน่นทางด้านนอกส่วนด้านในเกลี้ยง กลีบดอกมี 5 กลีบ ไม่ติดกัน ทรงกลีบรูปซ้อนเกลี้ยง ยาว 10 - 13 มม. เกสรผู้มี 10 อัน และในจำนวนนี้จะเป็นเกสรผู้เทียมเสีย 5 อัน รังไข่ มี 5 พู รวมเบียดกันอยู่เป็นรูปเหยือกน้ำ มีขนคลุมแน่นแต่ละพูเป็นอิสระแก่กัน และต่างก็มีหลอดท่อรังไข่หนึ่งหลอด ในแต่ละพูมีช่องเดียว และมีไข่อ่อนหนึ่งหน่วยผลเป็นชนิดผลแห้ง มักติดเป็นคู่ๆ แต่ไม่ติดเป็นเนื้อเดียวกัน

ผล ทรงผลรูปกระสวยเล็กๆ กว้าง 5 - 7 มม. และยาว 10 - 15 ซม. แต่ละผลมีปีกทรงรูปสามเหลี่ยมติดที่ปลายผลหนึ่งปีก ปีกกว้าง 1 - 15 ซม. ยาว 2.5 - 3 ซม. ก้านผลยาวประมาณ 5 มม. ระยะการออกดอกเป็นผล ออกดอกระหว่างเดือนสิงหาคม-ตุลาคม ผลจะแก่ระหว่างเดือนธันวาคม-มกราคม