向日葵的根系属直根系，由主根、侧根、须根和根毛四部分组成、种子萌发时首先长出一条胚根，它的顶端生长点进行细胞分裂，逐渐发育成主根，主根入土深度一般为1—2米，它主要起到支持和固定植株的作用。主根周围可形成许多侧根，侧根主要向水平方向生长，在侧根上有许多须根，须根上又有许多根毛与土壤相接触以便于吸收土壤中的水分及养分。向日葵的根系在土壤中分布面积大而深，其根量也大，它的根系风干重占整个植株干重的20％—30％，所有向日葵抗旱和抗倒伏能力较强。
2、茎
向日葵茎杆直立，圆柱形，表面有坚硬的刚毛。茎的直径为0.8—10厘米，高度为0.5—5厘米，食用种较高，油用种较矮。主茎上的分枝有以下几种：顶部分枝；基部分枝；主茎优势明显，全株上下均有分枝；全株上下有分枝，顶端优势不明显。因为分枝的向日葵花期不整齐，导致收获困难，且可能减产，所有现在的杂交种常无分枝。在我们配制杂交种时。常要利用恢复系的隐性分枝来延长散粉期，而不育系则无分枝，这样隐性性状在一代杂交种中不能表现。茎的生长速度从现蕾到开花最快，此间生长速度占总高度的55％左右，开花至成熟阶段生长较慢，仅占总高度的5％左右。在成熟期，由于花盘的重量增加，导致靠近花托附近的茎不同程度的弯曲，弯曲程度由遗传因素控制，这一性状在生产中十分重要，它与品种的抗逆性有密切关系。茎顶部弯曲主要有以下几种类型：1、直立型；2、弯曲90度；3、弯曲135度，弯曲部位靠近花盘；4、弯曲135度，弯曲部位远离花盘；5、弯曲180度，花盘正面向地。
3、叶
种子萌发时，先伸出一对子叶，然后伸出真叶，子叶到第五对真叶常对生，其它的叶则呈螺旋状或互生排列。叶片的大小和形状变化较大，第四到第十对真叶的面积最大，占全株叶片面积的60—80％。这些叶片对光合产物的同化和种子脂肪的积累有重要作用。在花盘形成期，叶面积达全株叶面积的50％，初花期达75％，盛花期达到最大值。叶片数因品种和栽培条件而异，一般20—40片。
向日葵形态及生长发育（下）
4、花
4.1、花的结构向日葵的花序属于头状花序，花无梗，集生于平坦的总花托，形成一个头状体，也叫花盘。花托呈蜂窝状，总苞叶绿色心形。着生于总花托上的花有舌状花，位于花盘的周缘，常有1—3行，花色丰富，有浅黄、橙黄、紫红色等颜色，花瓣大，长约6厘米，宽约2厘米，是无性花，舌状花鲜艳的颜色具有引诱昆虫来采蜜的作用。管状花位于舌状花的内侧，是完全花，它由一个三齿状的鳞片、两个退化的萼片、五个雄蕊和一个雌蕊构成。雌蕊聚合的花药管中伸出。未受精的柱头能保持授粉能力6天左右，在正常条件下，花粉落到柱头上5—10分钟就萌发，经24—36小时便完成受精过程，受精后柱头很快萎蔫。管状花在花盘上排列很有规律，一般按双螺线排列。花托上一般着生700—3000朵管状花。花盘直径一般为10—40厘米，有些杂交种可达75厘米，花盘的形状大致可分为凸起形、平坦形、喇叭形、微曲形和凹曲形等类型。
4.2、开花过程向日葵一个花盘的开花持续时间约9—15天，不同品种和栽培条件也会对花期产生影响。花开放的顺序是，从花盘周围向中心逐渐开放，最先开放的是舌状花，它伸出鲜艳的花瓣，一直保持到管状花开放完毕。管状花开放分为以下几个连续的时期：孕花期、雄蕊散粉期、雌蕊期、萎蔫期。
4.2.1、孕花期：花冠从绿变黄，顶部原封未动，内有成熟的花药，花粉发育完全，具有生活力，子房尚未发育完全。
4.2.2、雄蕊粉散期：花冠管伸长，顶部打开，花丝伸长5—6米把花药推出，约1—2小时后花药开始散粉。由于孕花期在夜间迅过度到雄蕊期，所以散粉期常在早晨。
4.2.3、雌蕊期：花柱开始伸长，于开始散粉的当天下午从聚合花药管伸出，次日早晨便高出花药2—3毫米，花柱顶端的二裂柱头伸展可以接收花粉。雌蕊期开延续10天左右。
4.2.4、萎蔫期：受精后，柱头和花药开始萎蔫，花冠失水收变小，开花过程便告结束。
5 、向日葵的生长发育阶段
5.1 、播种——出苗期：春播需7—20天，最低温度要求4℃，适易温度8℃左右。
5.2、出苗——第一对真叶期：一般需5—10天。
5.3、第一对真叶——现蕾期：这一时期确定了幼苗的根系和生长势，对土壤结构反应灵敏。此期，植株还分化大量叶原基及花原基。5.4、现蕾—开花盛期：干物质形成最多，吸收矿物质的速度也很快。开花中期，植株已形成全部干物质的70—80％，但尚无油份积累。5.5、开花盛期——生理成熟期：约需30—60天，生长缓慢，花盘成为营养运输的库，油份开始形成和积累。同化产物大量向花盘运输，种子干物质增加，水分减少，当种子含水减少到28％左右时种子便在生理上成熟了
6、收获期：干物质增加缓慢，脂肪积累，蛋白质合成积累，约需10天左右。