La famille ne renferme que le genre éponyme
Ephedra. La plupart de ses espèces font partie de la flore des steppes et des déserts dans tous les continents, quelques unes atteignent les régions tempérées chaudes, notamment au sud de l'Europe, dans des stations sèches.
Les
Ephedra sont des arbustes persistants, plus rarement des plantes herbacées vivaces, de nature xérophytique. Leur tige ligneuse, souvent enterrée, porte des rameaux aériens opposés ou verticillés, photosynthétiques, grêles, souvent cassants aux noeuds où sont insérées deux, trois ou quatre feuilles réduites à des écailles engainantes : ce port évoque les prêles. Ces feuilles sont généralement rapidement caduques, et ne remplissent pas leur fonction photosynthétique. Les stomates sont haplochéiles, c'est-à-dire constitués d'une seule paire de cellules, ce qui est un caractère primitif. Le bois comporte, en plus des trachéides aréolées typiques des Gymnospermes, des vaisseaux, éléments constitutifs du bois des Angiospermes. Ces vaisseaux résultent de la présence, aux extrémités des trachéides, de perforations dont la structure est voisine de celle des aréoles. Le liber est constitué uniquement de tubes criblés, sans cellules compagnes.
Les
Ephedra sont généralement dioiques, plus rarement monoiques.
Les fleurs mâles sont groupées en cônes solitaires ou fasciculés et axillaires. Chacun d'entre eux est composé de bractées membraneuses arrangées en 2-8 paires décussées ou en verticilles de 3. Les bractées distales axillent chacune une fleur mâle composée de 2-3 écailles soudées à la base, représentant un pseudo-périanthe et d'une étamine aux anthères sessiles ou stipitées. Les sacs polliniques libèrent un pollen non pulvérulent transporté par les insectes. La forme extérieure côtelée de chaque grain est très caractéristique et a permis de reconnaître l'existence du genre à l'Oligocène, en France, et peut-être même dès le Permien supérieur, en Russie. Un grain de pollen comporte : deux cellules prothalliennes (comme chez les
Pinus), à l'opposé, une cellule du tube, comme dans tout grain de pollen, au centre, une cellule-socle et une cellule spermatogène. Cette dernière produira deux noyaux spermiques globuleux jouant le rôle de gamètes mâles.
Les cônes femelles sont verticillés par 2-4 et axillaires. Chacun possède des bractées conniventes arrangées en 2-10 paires décussées ou verticillées par 3, devenant rouges et charnues à maturité. Les bractées distales axillent chacune une fleur femelle constituée par une paire soudée d'écailles coriaces, figurant le pseudo-périanthe mais occupant la place du tégument externe des
Angiospermes, renfermant un ovule unique. Chaque ovule possède un tégument simple et membraneux prolongé en un micropyle tubulaire. Ce dernier reçoit directement le pollen, ce qui n'a lieu que chez les
Prespermaphytes et les Gymnospermes. Par ailleurs, le nucelle se creuse à son sommet et, comme cela advient chez les Prespermaphytes, la chambre pollinique ainsi formée atteint le gamétophyte femelle pluricellulaire. Les archégones différenciés au pôle micropylaire ont un col multicellulaire et forment encore un noyau ventral du canal. L'orifice situé entre les deux prefeuilles s'oblitère tardivement, de sorte qu'une condition angiospermienne est réalisée.
Si les
Ephedra sont, en principe, unisexués, certains pieds portent des inflorescences hermaphrodites. Ces cas tératologiques peuvent être interprétés comme la manifestation atavique d'une bisexualité ancestrale.
Après la fécondation débute une embryogenèse particulière : la cavité archégoniale contient huit noyaux d'abord libres dans le cytoplasme, puis chacun s'isole dans une cellule sphérique à l'origine d'un pro-embryon tubuleux dont un seul parvient à maturité. Les graines mûres sont entourées des feuilles devenues charnues et rouges. Le nombre chromosomique de base des
Ephedra est x = 7 et, dans la plupart des espèces, 2n = 14. La germination est épigée, et les plantules sont dicotylédonées.
Les
Ephedra contiennent un alcaloïde particulier, l'éphédrine, utilisé en pharmacologie, comme vasoconstricteur des voies respiratoires. Ils sont depuis longtemps cultivés en Chine comme plantes médicinales.
