Дерево высотой до 30 м с редкой кроной (1) и светло-зеленовато-серой корой (2). Старые ветви сильно “ломаные”, с хорошо заметными листовыми рубцами (3). Молодые побеги цилиндрические, округлые , без рёбер и полос, чаще голые и как будто лакированные, но иногда слегка опушённые, от зеленоватых до зеленовато-бурых оттенков. Цветковые почки толстые, яйцевидные, длиной 12-15 мм (4), тёмные, зеленовато-каштановые или красно-бурые, не очень клейкие, вначале опушённые, затем голые. Листовые почки 5-10 мм длиной, голые, клейкие (5), обычно прижатые к побегу. Почечные чешуи волосистые. Листовой рубец большой, с 3 следами (6). Древесина белая, лёгкая, умеренно мягкая, иногда с ложным красновато-бурым ядром.

Листья овальные, округло-дельтовидные, в основании клиновидные или слегка сердцевидные, серо-зеленые, в период роста слегка опушенные, позже голые. Черешки длинные слегка изогнутые и сплюснутые с боков (1). Пластинка листа в очертании округлая, по краям выемчато-зубчатая (2). Железки на концах нижних зубцов листа в молодости могут выделять нектар.
Мужские сережки (3) длиной около 10 см, с коричнево-бурыми чешуями (4). Прицветники мохнатые пальчато-рассеченные. Завязь яйцевидно-коническая, светло-зеленая, с 2 красными рыльцами (5). Осина является двудомным деревом и мужских особей всегда больше, чем женских. Цветет ранней весной.
Плод — коробочка, с мелкими семенами, снабженными белыми шелковистыми волосками (6). Семена начинают выпадать из коробочек к концу мая.

Ареал имеется на всей евроазиатской части, а также на Кавказе, в Малой и Средней Азии. В горах может подниматься до высоты 2000 м. Один из характерных видов лесной зоны. Часто является примесью в хвойных или широколиственных лесах или образует небольшие самостоятельные леса. Формирует вторичные, временные насаждения, возникающие после вырубки или сгорания в результате пожара лесов из коренных пород (ель, дав, бук и др.). На юге Западной Сибири образует островные осинники или осиново-березовые лески (колки).

Благодаря волоскам семена легко переносятся на значительные расстояния. Поэтому осина быстро поселяется на вырубках, лугах, в придорожных кюветах и т.п. В степной зоне, где она достигает вместе с дубом южной границы распространения лесной растительности, она формирует по опушкам лесов густые заросли, препятствующие проникновению под полог леса представителей степных фитоценозов. Эта особенность осины используется при создании полезащитных лесных полос в степных областях.

Осина хорошо образует корневые отпрыски на горизонтальных корнях, расположенных в верхних горизонтах почвы, и практически не способна создавать пневую поросль. Пробуждение спящих почек на корнях происходит прежде всего при усиленном притоке к ним питательных веществ, т.е. происходит после вырубки дерева или его повреждении. Отпрыски вырастают на расстоянии в несколько метров, иногда более чем в 10 м, от ствола растения. В первый год жизни они отличаются продолжительным и интенсивным ростом. Их максимальный суточный прирост достигает 6 см и предельная высота более 2 м (по наблюдениям в лесостепной зоне). В северных районах значение этих показателей в 3 раза меньше. Под пологом леса значительная часть отпрысков засыхает, но на вырубках и прогалинах количество жизнеспособных отпрысков резко увеличивается и они образуют молодые и густые древостои.

У осин есть одна очень характерная особенность — ее горизонтальные корни могут срастаться между собой как у одного дерева, так и с корнями других деревьев, что приводит в ряде случаев к созданию у них единой корневой системы. Как правило, срастание корней начинается в молодом возрасте в случае их взаимного давления и чаще всего тогда, когда корни расположены друг к другу под углом 90° или близко к этому.

Осину нередко считают деревом-нянькой по отношению к ели. Под "более светлой" кроной осины происходит быстрое возобновление ели и рост ее подроста. Листья осины хорошо обогащают почву за счет того, что разлагаются быстрее, чем листья других лесных деревьев. Наконец, корни ели значительно углубляются в почву нередко по ходам, образовавшимся от сгнивших корней осины.

Осины имеют множество различающихся жизненых форм. Так, например, в осинниках часто можно встретить формы с зеленой или серой корой. У последних основание стволов обычно значительно темнее, чем у зеленокорых. Различие в окраске коры особенно заметно весной, до начала цветения, в то время, когда началось интенсивное сокодвижение. Отдельные деревья осины различаются также и сроками распускания листьев, поэтому весной можно заметить "ранние" и "поздние" по времени появления листьев экземпляры. Кроме того, встречаются особи, отличающиеся энергичным ростом и считающиеся "исполинскими" и тем самым ценны в лесоводстве. Эта форма имеет триплоидный набор хромосом (P.tremula gjgas ), тогда как в природе преобладают особи с диплоидным набором хромосом.

В зимнее время кора осины поедается зайцами, лосями, другими копытными (погрызы каждого животного специфичны). Большой серый тополевый усач (Saperda carcharias L.) заселяет толстые стволы дерева. Его личинка прогрызает ходы в древесине, оставляя у входного отверстия крупные опилки. Наиболее злостным грибом-паразитом осины является Fomus (Poiyponis) ignarius, f. tremulae, вызывающий гниль дерева.

Хозяйственное значение. Древесина осины не имеет ядра и состоит только из заболони. Из нее изготовливают спички, этиловыйо спирт и др. Осиновые дрова низкокалорийны, но они дают длинное и малокоптящее пламя, которое подходит для изготовления гончарных изделий и кирпича. Из древесины осины делали так называемый лемех — дощечки особой формы, которые применяли в русском деревянном зодчестве для покрытия куполов церквей. Игра светотени на старых лемехах придает созданным из них покрытиям серебристый отблеск. Древесина используется на постройки и разнообразные поделки, для получения целлюлозы, древесной массы и древесной стружки. Листья идут на корм скоту. Исполинскую форму осин иногда используют в озеленении из-за того, что она отличающуюся быстрым ростом и устойчивостью к сердцевинной гнили. Осина вполне пригодна для озеленения водоёмов, для укрепления оврагов и берегов рек.

Сходные виды. Во многих районах Дальнего Востока, от Камчатки до Приморья и Курильских островов, растет близкий вид — тополь Давида— P. davidiana Dode.