Les Cannabaceae regroupent des plantes herbacées annuelles ou vivaces, grimpantes et volubiles chez Humulus, aromatiques et possédant un appareil sécréteur de résine. Les feuilles, souvent décussées puis alternes, sont simples ou palmailobées à palmaticomposées, avec un limbe aux marges crénelées. Pétiolées, elles sont pourvues de stipules triangulaires et persistants.

L'anatomie des Cannabaceae montre des fibres pericycliques et libériennes cellulosiques, et des poils sécréteurs résineux à tête pluricellulaire localisés sur les bractées du cône chez Humulus, sur les tiges, les feuilles et les sommités fleuries chez Cannabis. Les poils tecteurs unicellulaires ont une base renflée, et possèdent, comme certaines cellules épidermiques, des concrétions cystolithiques. De l'oxalate de calcium, en macle ou en prisme est présent. Enfin, le liber des tiges et des feuilles comporte des laticifères vrais.

Les fleurs, actinomorphes, sont unisexuées : il y a dioecie. Elles sont groupées en inflorescences axillaires ou terminales, munies de bractées. Les fleurs mâles sont groupées en panicules lâches ou en cymers composées, les femelles en épis ou en racèmes.

Les fleus mâles, généralement très nombreuses, sont hypogynes et possèdent 5 sépales libres et 5 étamines libres, opposisépales, avec des anthères à dehiscencee longitudinale. Les fleurs femelles possèdent un périanthe relictuel entourant un ovaire supère et uniloculaire, constitué par deux carpelles, chacun ne portant qu'un ovule anatrope et pendant. Le style est court et apical.

Les fruits sont des achènes, et les graines, charnues, ont un endosperme réduit et un embryon courbé ou torsadé. La pollinisation est anémophile.

La famille est généralement détachée de celle des Moraceae (M.L. Fernald, 1950). La condition toujours dioïque de la plante, les anthères constamment dressées, la position de l' ovule, et la présence éventuelle de laticifères dont le suc n'est pas lactescent, la séparent des Urticaceae.

Le houblon des brasseurs (Humulus lupulus) vit dans les bois humides et les haies de l'hémisphère Nord. Ses tiges volubiles portent des feuilles palmatilobées dentées. En culture, il faut lui offrir des supports, hautes perches caractéristiques des houblonnières. Sur les pieds mâles, on observe des inflorescences lâches de fleurs verdâtres. Les individus femelles ont des fleurs groupées en cônes et produisent de la lupuline. Le houblon est employé pour aromatiser la bière, qui lui doit son amertume et dont il assure la conservation ; on l'utilise également comme bactériostatique, sédatif et hypnotique ; l'homéopathie prescrit la teinture de cônes frais comme narcotique, diurétique, anaphrodisiaque.

Le chanvre (Cannabis sativa) est une herbe dressée, haute de 1 à 4 mètres, aux feuilles opposées, palmatiséquées. La dioécie résulte de l'action d'hétérochromosomes. Cependant, le déterminisme sexuel n'est pas dû uniquement à ceux-ci ; d'autres gènes agissent et les conditions écologiques interviennent aussi. J. Tournois, en 1912, en a fait la preuve, en démontrant le rôle de l'induction photopériodique dans la floraison et dans l'expression sexuelle. Les jours courts provoquent la précocité de la floraison, une féminisation des pieds mâles et un ralentissement de la croissance. Le chanvre, originaire d'Asie centrale et des Indes, est cultivé depuis la plus haute antiquité pour ses nombreux usages : plante textile, plante oléagineuse par ses akènes (chènevis), qui contiennent, outre de la vitamine K, 30 % d'huile siccative entrant dans la fabrication de peintures. Les sommités fleuries des pieds femelles de certaines variétés fournissent le haschich ; les propriétés inébriantes sont dues à la cannabine, substance complexe et toxique dont la production est fortement influencée par les facteurs du milieu et dont le principe actif est le tétra-hydrocannabinol.