首乌藤藤茎呈长圆柱形, 稍扭曲, 具分枝, 长短不一, 直径3~7mm。表面粗糙, 棕红色或紫褐色, 粗糙, 有明显扭曲的纵皱纹。节部略膨大, 有分枝痕。外皮菲薄, 可剥离。质脆, 断面皮部棕红色, 木部淡黄色或淡棕色, 中央为白色疏松的髓部。气微, 味微苦、涩。以枝条粗壮、均匀, 外皮棕红色者为佳。
横切面表皮细胞有时残存。木栓细胞3~4列, 含棕色色素。皮层较窄。中柱鞘纤维束断续排列成环, 纤维壁甚厚, 木化;在纤维束间时有石细胞群。韧皮部较宽。形成层成环。木质部导管类圆形, 直径约至204μm, 单个散列或数个相聚。髓较小。薄壁细胞含草酸钙簇晶。