As células da Spirogyra contêm cloroplastos, um grande vacúolo, um núcleo celular, fitas citoplasmáticas que mantêm o núcleo no lugar e duas paredes celulares. Elas são plantas simples, sem células especializadas para absorver água e transportar nutrientes ou reprodução.
A característica que dá nome ao gênero é a cadeia espiral de cloroplastos que quase preenche cada célula. Os cloroplastos se enrolam em torno do vacúolo central, no qual o núcleo da célula está suspenso por fitas citoplasmáticas. O vacúolo é preenchido com água e mantém a célula inflada, então os cloroplastos têm mais área de superfície para absorção de luz.
A Spirogyra é considerada uma planta unicelular, embora seja normalmente encontrada em filamentos longos e flutuantes. Isso ocorre porque, embora as células se agrupem, não há comunicação ou transporte entre as células, como ocorre em organismos multicelulares, como árvores ou gramíneas. Cada célula de spirogyra é uma unidade em si mesma.
Os filamentos verdes finos e distintos dão à spirogyra os nomes comuns de "tranças de sereia" e "seda d'água". As células da Spirogyra se organizam de ponta a ponta, com os filamentos tendo apenas uma célula de espessura. Como em plantas mais complexas, a parede celular externa é feita de celulose, dando aos fios uma cobertura externa resistente; embora sua magreza os torne bastante delicados. A segunda parede interna é feita de pectina, uma molécula orgânica fibrosa comumente encontrada em frutas.
