茎は直立し、断面が四角形、無毛又は軟毛が生える。葉は対生し、1～2回（稀に3回）羽状複葉、。小葉は卵形～楕円状卵形～披針形、先が鋭頭、縁は鈍鋸歯、葉表には短軟毛が散生し、葉藁には腺点がある。葉柄は長さ3～7㎝、基部に長軟毛が開出する。花茎の先に長さ10～20㎝の穂状の花序を伸ばし、花をまばらに輪生する。花穂軸は無毛又は開出する軟毛があり、稀に腺毛が混じる。花冠は長さ8～10㎜青紫色、外面に短毛がある。萼は花時に長さ3～4㎜の鐘形、先は2唇形、開出する軟毛があり、ときに腺毛が混じる。萼は果時には大きくなり、長さ約6㎜になる。果実は4分果。
　ウスギナツノタムラソウ var. lutescens はナツノタムラソウの母種、花が淡黄色。
　ミヤマナツノタムラソウ（別名ケナツノタムラソウ） var.
crenata は本州（埼玉県、神奈川県、山梨県。長野県、岐阜県、福井県）に分布し、頂小葉が広卵形～円形、鈍頭～円頭。花穂軸や萼に白軟毛が密生し、腺毛が混じることが多い。ただし、ナツノタムラソウと中間的なものも見られる。
　シマジタムラソウは本州（岐阜県、愛知県、三重県）に分布し、小葉が卵形、先が鈍頭、鈍鋸歯。花は淡青紫色。
　アキノタムラソウは雄しべが上唇に沿い、下向きに先が曲がる。