Las psilotáceas son plantas vasculares con ciclo de vida haplodiplonte donde la alternancia de generaciones es bien manifiesta, por lo tanto poseen esporófito y gametófito que se desarrollan hasta ser multicelulares y son independientes el uno del otro (dependiendo cada uno exclusivamente de sí mismo para sobrevivir), con esporas como unidad de dispersión y de resistencia. El gametófito es un "talo" (cuerpo sin organización en tejidos) y produce las gametas que al ser fecundadas desarrollan un esporófito cuya estructura es un "cormo" (organizado en raíz y vástago y un sistema vascular que los vincula), el esporófito en sus esporangios da las esporas que en condiciones favorables se desarrollan en nuevos gametófitos. Debido a estas características, tradicionalmente se agrupa a las psilotáceas con el resto de las plantas vasculares sin semilla o "pteridofitas".
Raíces ausentes, carácter único en pteridofitas. La planta está anclada al sustrato por tallos subterráneos que pueden portar "gemas" ("gemmae" en inglés), ver descripción más adelante.
Los tallos aéreos son erectos o colgantes, glabros (sin pelos), simples o ramificados dicotómicamente. Las hojas están dispuestas en espiral a lo largo del tallo (en algunas especies la disposición es dística).
Las hojas son pequeñas, escamosas o punzadas ("awl-shaped") a lanceoladas, simples o con una bifurcación. En el corte anatómico se observa que las recorre una sola vena, o no tienen venas.
Dos o tres esporangios se unen entre sí por medio de tejido parenquimático hasta formar un sinangio (también puede verse descripto como un solo esporangio 2-3 locular en lugar de un sinangio con 2-3 esporangios), el sinangio tiene tantos lóbulos como esporangios, y parece nacer en el lado adaxial de la hoja bifurcada (según Judd et al. 2002, también puede ser sésil —ubicarse directamente sobre el tallo—). Los esporangios son homospóricos (sólo poseen 1 morfo de esporas). Muchas (más de 1.000) esporas por esporangio. Los esporangios son considerados de tipo eusporangiado.
Al microscopio se observa que las esporas son reniformes ("forma de poroto"), con marca monolete.
Junto con las ofioglosáceas y a diferencia del resto de las monilofitas, el gametófito es axial, es decir que está unido al tallo, y en Psilotum también es subterráneo. El gametófito es micorrícico (está asociado con hongos que exploran el suelo), no fotosintético. A los propágulos del gametófito, responsables de la propagación vegetativa, se los llama "gemas".
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