冬虫夏草菌的子囊孢子为多细胞的针状物，由子囊散出后产生横隔，每段萌发，产生芽管，侵入昆虫的幼虫体内，蔓延发展，破坏虫体内部的结构，把虫体变成充满菌丝的僵虫，冬季形成菌核，夏季自幼虫体的头部长出棍棒状的子座，子座上端膨大，近表面生有许多子囊壳，壳内生有许多长形的子囊，每个子囊具2—8个子囊孢子，通常只有2个成熟，子囊孢子细长、有多数横隔，它从子囊壳孔口散射出去，又继续下一个周期的循环。
每年的农历四至五月间，积雪溶化的时候，便是冬虫夏草采收的季节，此时冬虫夏草出苗未超过一寸，如果过了这个时节，则会苗枯死，其它杂草也会生长，冬虫夏草则踪影全无；冬虫草采收时要除去附在虫体上的黄色腊衣和其它杂质，凉干或晒干；传统的包装方法是以6～8条，用小红绳扎成一小捆（小子）。
嗅之具草菇香气，味甘。足8对，中部4对较明显，质脆，易折断，断面黄白色。子座单生，细长圆柱形，长4至7厘米，直径约3毫米；表面深棕色至棕褐色，有细纵皱纹，上部稍膨大，质柔韧，断面类白色。气微腥，味微苦。以虫体色泽黄亮，丰满肥大，断面黄白色，子座短小者为佳。
冬虫夏草是中国特有的中药材，它与人参、鹿茸并列为三大补品，中国古代中医药典籍中都有记载。始载于《本草从新》，据载：“冬虫夏草，四川嘉定府所产者，云南、贵州所产者次之。冬在土中，身活如老蚕，有毛能动，至夏则毛出土上，连身俱化为草”。《本草纲目拾遗》云：“出四川江油县化坪，夏为草冬为虫”。在康熙三十三年（1694年）成书的《本草备要》中也有冬虫夏覃的论述：“冬虫夏草，甘平。保肺益肾，止血化痰。”