패랭이꽃과의 여러해살이풀. 줄기는 무더기로 나고 곧추 서거나 약간 기울어 지며 가지를 치고 높이 1ｍ안팎이다. 잎은 마주 붙고 잎꼭지가 거의 없으며 아래부분잎은 꽃 피는 시기에 말라 죽는다. 잎몸은 줄모양 또는 버들잎모양이고 밑부분은 마디를 둘러 싸며 끝이 둔하거나 또는 약간 뾰족하고 변두리에 톱이는 없다. 7～8월경 잎아귀에서 꽃꼭지가 있는 흰 꽃이 돌려 붙어 피며 여러층을 이룬다. 꽃받침은 짧은 둥근 통모양(길이 6ｍｍ안팎)이며 끝이 다섯갈래로 갈라 지고 갈라 진 쪼각은 삼각형이다. 꽃잎(5개)은 둥글고 끝이 두갈래로 갈라 지며 갈라 진 쪼각은 둥글다. 수꽃술은 10개이며 씨앗집은 둥근 기둥모양이다. 암꽃술대는 3개인데 매우 길다. 열매는 닭알모양의 튀는열매이며 끝이 여섯갈래로 갈라 지고 열매꼭지가 있고 꽃받침이 남아 있다. 층층대나물꽃은 여러층을 이루고 돌려 나며 암꽃술대가 매우 길다.