植物体类型为多细胞，常为一定形态，大形，无单细胞或单细胞鞭毛类型；群体细胞间由岩藻多糖和胶质褐藻酸盐组成的无定形胶质相连；生殖细胞梨形，具2条侧生鞭毛；门中物种绝大多数是营定生生活，因此具“固着器”的分化，固着器呈小盘状，或由多细胞丝体横卧在基质上，或整个藻体紧贴在基质上；或由多细胞组成的有多分枝的“根”。 褐藻门物种藻体结构大致可分为以下3个类型：
褐藻物种细胞均具细胞壁，其内层为纤维质，外层为藻胶质。藻胶质含有几种不同的藻胶，存在最为广泛的是褐藻糖胶；其次是类似于褐藻胶且含硫的化学物质fucin；部分物种细胞膜内还含有胼胝质；某些物种的细胞壁还有钙质化现象和铁元素的沉积。
褐藻物种细胞的细胞核具1层核膜，具1个较大、易被染色的核仁（部分物种具2个核仁），具染色质网状体组织；细胞核的分裂是有丝分裂。
褐藻细胞的原生质体内一般有许多小液泡，少数物种具较大的液泡，且不同物种的液泡有的呈中性、有的呈碱性、有的则呈酸性。
褐藻细胞内具1个周生带状或多数小盘状色素体，少数物种的色素体呈轴生星形、螺旋带状、分枝带状或板状，由2层膜包裹，其外层与细胞核膜相连，类囊体3条并列，具带片层；褐藻色素体还有的主要色素成分有：叶绿素a、叶绿素c、叶黄素、β-胡萝卜素、褐藻素等。因不同物种所含色素比例不同，藻体颜色从橄榄绿色到深褐色不等。
在低级褐藻中，有类似淀粉核的小球体，但在高级褐藻中尚未发现。淀粉核呈梨形或圆球形，一小柄或窄的一端连接于色素体的表面，有的则以原生质丝与色素体相连。
褐藻的储藏物质主要为可溶性碳水化合物，常储藏于液泡、细胞质或原生质体内。此外，褐藻淀粉、甘露醇和油也是常见的储藏物质，其含量因外界条件的不同而有所差异。
褐藻的特点之一就是细胞内具墨角藻聚糖囊（fucusan-vesicles）。其是一种反光强、无色的囊状物。多位于分生细胞、光合细胞核生殖细胞等的细胞核周围，4μm左右，内部液体呈算习惯反应。此外，褐藻中还含有多种微量元素和维生素。
繁殖方式为营养生殖、无性生殖和有性生殖。营养生殖由藻丝直接断裂或产生“繁殖芽”；无性生殖通过产生动孢子进行；有性生殖为同配、异配或卵式生殖。多数属的生活史中具世代交替，少数属没有无性生殖，仅进行卵式生殖。
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