A batata é uma dicotiledônea da família Solanaceae pertencente ao gênero Solanum que contém mais de 2000 espécies. Destas, cerca de 160 produzem tubérculos. Entretanto, apenas cerca de 8 espécies de batata são cultivadas. Muitas destas espécies silvestres são de grande importância aos programas de melhoramento como fontes de genes de interesse. Trata-se de uma espécie herbácea, anual.

Geneticamente, estas espécies variam quanto ao número de cromossomos, de diploide (2n = 2x = 24 cromossomos) a hexaploide (2n = 6x = 72 cromossomos).  A espécie cultivada multialmente S. tuberosum ssp. tuberosum é autotetraplóide (2n = 4x = 48 cromossomos), com herança tetrassômica multialélica.

A flor da batata possui aproximadamente de 3 a 4 cm de diâmetro e cinco pétalas em forma de estrela e a corola gamopétala. A coloração varia de branca a rosa, vermelha, azul e roxa. Normalmente, ocorrem cinco anteras com 7 a 9 mm de comprimento circundando o pistilo. As inflorescências apresentam geralmente mais de 10 flores. O gineceu é formado por 2 carpelos fechados. O androceu e o gineceu amadurecem ao mesmo tempo, facilitando a autofecundação, que ocorre na maioria das cultivares. Em algumas cultivares, os botões florais caem antes da polinização; em outras, há florescimento, porém o seu pólen estéril não permite a autofecundação.Os frutos são biloculares do tipo baga, de cor verde, normalmente medindo de 2 a 3 cm de diâmetro, contendo de 40 a 240 sementes por fruto.

Muito embora algumas cultivares floresçam e produzam sementes, a batata cultivada é propagada vegetativamente por meio de tubérculos (clones). A propagação clonal possibilita que o vigor híbrido (heterose) obtido a partir de cruzamento seja mantido em sucessivas gerações. O caule aéreo da batata é normalmente oco na sua parte superior. Tem secção circular, quadrangular ou triangular, podendo apresentar asas, que são lisas ou onduladas. Quando o caule cresce diretamente do tubérculo-mãe ou próximo dele, é chamado de "rama", que pode ou não se ramificar.

As folhas são compostas, sendo formadas por um pecíolo com folíolo terminal, por folíolos laterais e, às vezes, por folíolos secundários e terciários. Dependendo da cultivar, as folhas têm tamanho, pilosidade e tonalidade de verde diferentes.

O sistema radicular da planta é relativamente superficial, com a quase totalidade das raízes permanecendo a uma profundidade não superior a 40-50 cm. Entretanto, em solos argilosos férteis e sem camadas de obstrução, podem alcançar até 1,0 m de profundidade. Quando o plantio é feito com batata-semente, as plantas desenvolvem raízes adventícias nos nós do caule subterrâneo, facilmente visíveis nas brotações dos tubérculos. Quando a semente verdadeira (semente-botânica) é semeada, ocorre emissão de uma raiz pivotante com raízes laterais.