Лобелия вздутая – однолетняя трава, 40-70 (90) см высоты, с мочковатой корневой системой, составленной из довольно тонких корней. Стебель прямостоячий, слабоветвистый, четырехгранный, слегка опушенный, содержит млечный сок. Листья очередные, 3-10 см длины, удлиненно-яйцевидные, неравнозубчатые по краям пластинки, тонкие, голые, сверху темно-зеленные, с вдавленными жилками, а снизу – более светлые с выступающими жилками; нижние – черешковые, средние и верхние – сидячие. Цветки обоеполые, мелкие (5-6 мм длины), зигоморфные, светло-синие или голубовато-фиолетовые, в верхоцветных, реже бокоцветных кистевидных соцветиях. Околоцветник двойной, 5-членный. Чашечка трубчатая 5-лопастная, при плодах вздувающаяся. Венчик сростнолепестный, двугубый; верхняя губа – двулопастная, нижняя трехлопастная. Трубка венчика снаружи голая, внутри у основания волосистая. Тычинок 5, приросших к трубке венчика. Гинецей из 2 плодолистиков. Завязь нижняя. Плод – коробочка. Семена мелкие, желтовато-коричневые, многочисленные с маленьким зародышем и обильным мясистым эндоспермом. Цветет в июне-августе, плодоносит с августа.