Pokrój
Korona smukła, wąskostożkowata, dość luźna.
Pień
Rośnie szybko i jest długowieczna. Prawdopodobnie dożywa ok. 2000 lat. Po 10 latach osiąga około 7 metrów wysokości i 2 m średnicy.
Dorosłe drzewa mierzą 35 metrów wysokości (maksymalnie 50) i ok. 2,5 m średnicy pnia. Pień dość gruby, u nasady często rozszerzony, prosty, widoczny do samego wierzchołka, u nasady konarów posiadający zwykle osobliwe wklęśnięcia.
Gałęzie średnio grube, rozmieszczone okółkowo, na dole prostopadłe do pnia, wyżej ukośnie wzniesione, zaczynają wyrastać nisko nad ziemią.
Kora
U młodych drzew rudopomarańczowa, u starszych bladobrunatna lub lekko żółtobrunatna. Łuszczy się pionowymi pasami.
Pędy
Dwojakiego rodzaju. Długopędy trwałe, drewniejące, młode bardzo cienkie i delikatne, początkowo zielonawe, potem czerwonawobrązowe, przekształcają się w gałązki. Krótkopędy niedrewniejące (zielne), okresowe - opadają na zimę, długości 5-15 cm, zielone.
Liście
Płaskie i bardzo miękkie, niekłujące.
Ustawione dwurzędowo na naprzeciwległych krótkopędach.
Poszczególne szpilki o długości 1-3 cm są równowąskie.
W porze listnienia przybierają żywą, trawiastozieloną barwę, później są nieco ciemniejsze. Jesienią przebarwiają się na żółto, łososiowo- lub rubinowoczerwono.
Opadają wraz z pędami zielnymi w czasie przymrozków.
Kwiaty
Rozdzielnopłciowe, rozmieszczone jednopiennie, wiatropylne.
Kwiaty męskie zebrane licznie w zwisające, groniaste
lub wiechowate kwiatostany długości do 10 cm.
Pojedyncze kwiaty małe, kuliste. Kwiaty żeńskie zebrane w szczytowe,
małe, zielone szyszeczki stojące na krótkich trzonkach.
Kwitnienie przypada na maj.
Szyszki
Owalne do kulistych, małe, długości 1,5-2,5 cm, najpierw zielone i stojące,
po dojrzeniu brązowe, zwisające na długich (około 2 cm), cienkich trzonkach.
Składają się z 20-30 naprzeciwległych, bardzo szerokich, tarczkowatych,
po dojrzeniu znacznie rozchylonych łusek.
Nasiona długości 2-4 mm, spłaszczone i oskrzydlone, ułożone
na łuskach nasiennych po 6-9 sztuk.
Dojrzewają od października do grudnia w pierwszym roku.
Korzenie
Metasekwoja wytwarza płytki i bardzo rozległy system korzeniowy, w którym główne korzenie biegną tuż pod powierzchnią ziemi.
Drewno
Twardziel ma barwę czerwoną, na świetle ciemnieje w ciągu kilku godzin.
Jest niebywale trwała i odporna na gnicie oraz szkodniki.
Biel jest stosunkowo cienki i ma jasnożółte zabarwienie.
