自家和合性で、雄性不稔の株が一定割合必ず存在する雌性両全性異株。ミカドシギキノコバエただ1種に特異的に送粉されるという非常に特殊な生態を持ち、花はチーズまたはゴムのような独特な匂いがあり、匂いの主成分はライラックアルデヒドである。ミカドシギキノコバエの長い口吻に適応して蜜源を花の奥に隠すために、萼片が直立している。
　多年草、高さ30～50㎝。地中の根茎は短い。葉柄は長さ2～8㎝、長毛と腺毛ある。葉はチャルメルソウと同じ広卵形～卵形、長さ2.5～8㎝×幅3～5㎝、基部は心形、縁は不規則な鋸歯があり、先は鈍形、両面に粗い長毛と腺毛があり、下面は常に紅紫色を帯びる。花茎は直立し、下部には白色の長毛が密に開出し、上部には短い腺毛がある。雌性両全性異株。頂生する総状花序に小さな花をまばらに6～15個程度つける。小花柄は長さ1～4mm、短い腺毛がある。萼筒は浅い倒円錐形、萼片は5個、卵状三角形、長さ約1.5㎜、先は鋭形、花時にやや内側に曲がり直立する。萼片の外側と萼筒には赤紫色の短い腺毛がある。花弁は5個、羽状に7～9(11)裂して櫛状に見え(チャルメルソウとは花弁の分裂がより多いことで区別される)、(緑色～)紅紫色、花時に強く後曲する。雄しべは5個、花弁に対生する。花糸は葯より短い。葯は淡黄色。子房は下位。花盤がある。花柱は2個、帯紅紫色。柱頭は2～4浅裂する。蒴果は広鐘形、花柱間の縫合線から裂開する。種子は長楕円形、長さ約1.3mm、種皮は熟しても黒色にならず、暗紅色、縦のごく細い隆条があり、乳頭状突起は無い。2n=28の異質4倍体（複2倍体）。花期は4～5月。
　チャルメルソウ var. subramosa は花弁が3～5裂。
　コチャルメルソウ Mitella pauciflora は雌しべが直立し、花柱は分岐せず柱頭が点状となる。雄しべと花弁が離生する。花弁が7～9裂する。萼片が花時には開出する。顕著な匍匐茎を出す。