Коренева система. Серед усіх баштанних культур у гарбуза найбільш розвинена коренева система. У фазі першого справжнього листка головний корінь досягає довжини 35 см, а 5-7 листків — до 140 см. У дорослої рослини він проникає в ґрунт на глибину 200 см і більше, а в діаметрі бічні корені розростаються на відстань до 200-250 см. На легких ґрунтах коренева система розвивається значно краще, ніж на важких. На перезволожених — вона розміщається лише у верхньому шарі ґрунту, що значно знижує продуктивність рослин. 

Стебло (огудина) розвинене добре. Довжина його залежить від умов вирощування та сорту. Воно повзуче, може досягати 5-10 м і добре закріплюється за допомогою вусиків, а також укорінюється в місцях вузлів листків. Вусики утворюються в пазухах листків, розгалужені, 2-4-роздільні.
Стебло у твердокорого гарбуза гранчасте, борозенчасте з колючками, опушене. На поперечному розрізі дуже ребристе. У великоплідного — стебло довге (до 6 м), циліндричне з шорстким опушенням. У мускатного — стебло дуже довге, тонке, округло-гранчасте. Опушення м’яке. 

Листки великі, довгочерешкові, без прилистків. Залежно від виду їх розрізняють за морфологічними ознаками, формою, забарвленням та опушенням. Так, у гарбуза твердокорого вони п’ятикутні або серцеподібні, зелені, іноді з білою плямою вздовж жилок. У великоплідного — округлі, ниркоподібні або слабовиїмчасті, цілокраї, великі, зелені або темно-зелені, середньо-шорсткоопушені. У мускатного — округло-ниркоподібні, цілокраї або п’ятикутні, слабовиїмчасті з білими плямами.

Квітки. Цвітіння рослин гарбуза за сприятливих умов (температура 18-25°С і відносна вологість повітря 40-50%) розпочинається через 30-40 діб після з’явлення сходів. Квітки поодинокі, роздільностатеві, великі, чоловічі — на довгих ніжках, жіночі - на коротких із нижньою зав’яззю. Дуже рідко зустрічаються квітки двостатеві, але після цвітіння вони опадають. У період цвітіння на рослині гарбуза може закладатися до 100 чоловічих квіток і 30 жіночих. Чоловічі квітки розпочинають цвісти на 2-5 діб швидше, ніж жіночі. На відміну від чоловічих квіток, жіночі закладаються на більш пізніх вузлах. Від місця закладання жіночих квіток залежить ранньостиглість сорту. Жіночі квітки закладаються переважно на головному стеблі. Пилок гарбуза великий і липкий. Переносять пилок комахи, в основному бджоли, джмелі, оси, трипси, мурахи тощо. Найбільш інтенсивно виділяє нектар гарбуз у ранкові години (з 7 до 11 години). У цей період найкраще відбувається запилення квіток.
У рослин гарбуза розвиток квіток залежить у значній мірі від виду. Так, у твердокорого перші жіночі квітки за сприятливих умов закладаються на 3-11 вузлах. Чашечка їх діжкоподібна, чашолистики шилоподібні, товсті, пелюстки прямостоячі, загострені. Колонка пиляків світло-оранжева. Бутони квітки конусоподібні. У великоплідного — перші жіночі квітки формуються на 7-16 вузлах. Чашечка їх келихоподібна або обернено-конусоподібна. Чашолистики тонкі. Пелюстки жовті, широкі, колонка пиляків циліндрична або конічна. Колір пиляків жовтий. Бутон квітки біля основи здутий. У мускатного — перші жіночі квітки розміщаються на 12-16 вузлах. Чашечка сплюснута, чашолистики широкі, листоподібні. Пелюстки загострені, відігнуті, жовті. Колонка пиляків довга або циліндрична. Колір пиляків темно-жовтий. Бутон квітки у верхній частині розширений. 

Плід гарбуза — несправжня ягода (гарбузина). Плоди збирають тільки в біологічній стиглості. Всі вони мають насінне гніздо, заповнене плацентою та насінням. Плоди гарбуза значно розрізняються між собою за величиною, формою, забарвленням та насінням, залежно від виду.
У гарбуза твердокорого плоди поділяють на великі (понад 35 см у діаметрі), середні (25-35 см), дрібні (до 25 см). Вони мають обернено-яйцеподібну, циліндричну, видовжену та сплюснуту форму. Кора дерев’яниста. Забарвлення жовтогаряче або яскраво-жовте зі смугастим малюнком, іноді біле та темно-зелене. Плодоніжка різко ребриста з незначним розширенням біля плоду, товста або середня, покрита колючими шипами. М’якуш волокнистий, грубий, світло-червоний, світло-рожевий. Насінна камера велика. Насіння середнього розміру, біле, жовтувато-біле або кремове з гладенькою облямівкою. Маса 1000 насінин 130-160 г. Є сорти, які формують насіння без шкірки (голонасінні), з твердою панцерною та м’якою корою. 
Плоди гарбуза великоплідного поділяють за величиною на великі (понад 35 см у діаметрі), середні (21-35 см) і дрібні (до 20 см). Вони мають в основному сплющену або округлу форму. Забарвлення сіре, рідше біле, але зустрічається зелене та рожеве. Кора не дерев’яниста, тверда. Плодоніжка за формою циліндрична або конічна. М’якуш рихлий, слабо волокнистий. Забарвлення м’якушу жовто-червоне і темно-червоне чи яскраво-червоне. Насінна камера велика. Насіння велике та середнє, добре виповнене, гладеньке з нечітко вираженою облямівкою, світло-кремового забарвлення. Маса 1000 насінин становить 350-420 г. 
Плоди гарбуза мускатного за довжиною поділяють на дуже великі (понад 60 см), великі (50-60 см), середні (35-50 см) та дрібні (менше 35 см). Форма плода довбнеподібна, циліндрична з перехваченою (вузькою) серединою і розширеною верхньою і нижньою частиною, рідше сплюснута, округла й овальна. Плодоніжка гранчаста з розширенням біля плоду, відносно тонка. Кора не дерев’яниста. Забарвлення кори в біологічній стиглості золотисте, жовто-брунатне або жовте зі світлими та світло-зеленими смугами. М’якуш жовтий, жовтогарячий, жовто-червоний, ніжний, щільний із мускатним запахом. Насіння дрібне або середнє, щупле або злегка виповнене, брудно-біле з темним ободком, легко відділяється від плаценти. Маса 1000 насінин становить 120-160 г. 
Після вибирання насіння відмивають від плаценти, підсушують до вологості 9%. За такої вологості насіння зберігається 6-8 років. 
За тривалістю вегетаційного періоду (від сходів до біологічної стиглості) розрізняють ранні (до 100 діб), середньостиглі (101-120 діб), середньопізні (121-130 діб) та пізньостиглі (понад 130 діб) сорти гарбуза.

Вимоги до навколишнього середовища

Ріст і розвиток рослин усіх видів гарбуза тісно пов’язаний з умовами зовнішнього середовища. Гарбуз твердокорий вирощують на всій території України, а великоплідний та мускатний — переважно у південних районах та на незначних площах — у центральних. 

Вимоги до тепла. Насіння гарбуза починає проростати за температури ґрунту 10-15°С. За такої температури сходи з’являються на поверхню ґрунту через 10-16 діб після сівби. За нижчої температури насіння проростає повільніше, частина його втрачає схожість і гине. Тому сходи з’являються зрідженими, строкатими та кволими і в подальшому погано ростуть. При зниженні температури під час з’явлення сходів до 6-8°С спостерігається випадання рослин. За температури понад 30°С схожість насіння також зменшується. Оптимальна температура для проростання насіння 18-22°С. Зниження її після з’явлення сходів до мінус 1°С призводить до їх загибелі, а до плюс 5-10°С — до припинення росту рослин та ушкодження їх хворобами. Негативно діє на рослини і зниження температури в період квітування. Так, при 12-15°С спостерігається опадання бутонів і квіток. Оптимальна температура для квітування і зав’язування плодів знаходиться в межах 18-22°С. Оптимальна температура для формування врожаю знаходиться в межах 25-27°С.
Рослини гарбуза фізіологічно є досить жаростійкими. Коагуляція білка в них проходить лише за температури повітря понад 60°С. Це пов’язано з тим, що листки їх добре опушені, а рослини здатні до посиленого всмоктування кореневою системою води, яка постійно охолоджує їх під час спеки. Однак висока затяжна температура понад 40°С та низька відносна вологість повітря згубно діє на розвиток пилку та запилення квіток, внаслідок чого зав’язь опадає. 

Вимоги до світла. Рослини гарбуза найбільш тіньовитривалі з усіх культур родини Гарбузові. Тому їх часто висівають навіть для ущільнення в посівах кукурудзи, картоплі. Для нормального їх росту і розвитку потрібне світло певного спектра, достатньої інтенсивності та тривалості впродовж доби. Найбільш позитивно на їх ріст і розвиток впливає синьо-фіолетовий спектр. Сорти гарбуза, призначені для вирощування в північних районах України, більш пристосовані до обмеження інтенсивності освітлення.

Відношення до вологи. Серед баштанних культур гарбуз найбільше вологолюбний. Це пов’язано з тим, що надземна частина його листкового апарату сильно розвинена та велика. Рослини протягом усього вегетаційного періоду ростуть і випаровують багато води. Незважаючи на досить високий транспіраційний коефіцієнт (834 проти 600 у дині), в окремі періоди вони відчувають нестачу вологи. Тому відсутність опадів або поливу в цей час часто негативно впливає на формування врожаю.
Оптимальна вологість ґрунту в шарі 0-70 см у період інтенсивного наростання листкового апарату та формування врожаю для гарбуза повинна становити 75-80% НВ, а відносна вологість повітря — 75-85%. Надмірна вологість ґрунту також негативно впливає на ріст і розвиток рослин. Це пов’язано з тим, що коренева система в такому випадку розміщується у верхньому шарі ґрунту, де вона ослизнюється та передчасно відмирає. При підвищеній відносній вологості повітря рослини ушкоджуються борошнистою росою та кореневими гнилями, листки та рослини передчасно відмирають. Недостатня вологість повітря в період квітування призводить до утворення стерильного пилку, а в період наростання листкового апарату — до пошкодження його шкідниками — попелицею, павутинним кліщем, трипсами. Це також призводить до передчасного відмирання листків та зниження продуктивності рослин. 

Відношення до повітряно-газового середовища. Рослини гарбуза порівняно з огірком менш вимогливі до газового режиму. Ростуть досить інтенсивно, в них проходить асиміляція при наявності в приґрунтовому шарі повітря вуглекислого газу в межах 0,10-0,15%. Особливо негативно на ріст і розвиток рослин впливають вітри. Вони зменшують у приґрунтовому шарі повітря вміст вуглекислого газу, а також перевертають стебла, що призводить до травмування рослин, а відповідно — до зниження їх продуктивності.

Вимоги до елементів живлення. Гарбуз досить вибагливий до родючості ґрунту. На кожні 10 т урожаю він виносить з ґрунту до 25 кг азоту, 12 - фосфору і 40 кг калію.
Рослини гарбуза добре реагують на внесення органічних і мінеральних добрив. Органічні добрива краще вносити під ранню зяблеву оранку. При такому внесенні вони ще восени починають розкладатися. Тому на удобрених органічними добривами площах у період інтенсивного росту і розвитку рослин в приземному шарі повітря підвищується вміст вуглекислого газу, що позитивно впливає на фотосинтез. Мінеральні добрива, залежно від ґрунтово-кліматичної зони, вносять восени або рано навесні. При сівбі насіння на недостатньо удобрених ґрунтах позитивно впливає внесення мінерального живлення в рядки або в ямки. Інтенсивність засвоєння поживних речовин рослинами залежить від фази росту та розвитку. Так, на початку росту вони з ґрунту найбільше вибирають азоту, в період цвітіння і зав’язування плодів — азоту і фосфору, а в кінці вегетації - фосфору і калію. Найкраще засвоювання поживних речовин відбувається при слабокислій або нейтральній реакції ґрунтового розчину (рН 6,5-7,0). 

Кращими ґрунтами для вирощування гарбуза є чорноземи, темно-сірі та наносні ґрунти легкого та середнього механічного складу, багаті на органічну речовину. Кислі та перезволожені ґрунти для гарбуза непридатні.