Les sphaignes se développent en touffes très denses, dans des milieux gorgés d'eau (tourbières à sphaignes). Elles n'ont pas de tissu conducteur ou de soutien (tels que xylème et phloème) ; leur port dressé est donc dû à la turgescence.
À l'apex de la sphaigne, se trouve le capitulum, ou tête de sphaigne, près duquel se développe le sporophyte. Il est porté par une tige feuillée (appelée pseudopode et faisant partie du gamétophyte) à croissance illimitée, dont les parties basales sont souvent mortes. Des rameaux courts s'y insèrent, composés d'une tige grêle et de feuilles qui se recouvrent comme des tuiles de toit. Les feuilles sont unistrates, et composées de deux types de cellules : des chlorocystes, petites cellules chlorophylliennes, et des hydrocystes (ou cellules hyalines), réservoirs à eau. Leur paroi est renforcée par des anneaux cellulosiques, pour éviter la déformation des cellules par l'eau. Le sporophyte est constitué d'une capsule rouge à brun-noir obturée par un opercule déhiscent. Quand la capsule arrive à maturité, elle se déshydrate et, de sphérique devient cylindrique, la pression de l'air interne augmentant jusqu'à 5 bars. La capsule expulse alors, avec une vitesse d'éjection comprise entre 10 et 30 m/s, 20 000 à 250 000 spores qui parviennent à atteindre plus de 10 centimètres au-dessus du sol car elles s'organisent en un anneau tourbillonnaire. Cet anneau existe déjà pour le déplacement des méduses et des calmars, mais c'est la première fois qu'il est découvert chez des végétaux.
Une sphaigne peut stocker jusqu'à 90% de son poids en eau.
Comme elles vivent en milieu oligotrophe, elles doivent échanger les sels minéraux du substrat par des échanges avec des protons H+ (acides). En acidifiant le milieu, elles ne favorisent pas leur dégradation, formant ainsi de la tourbe.
