葉は対生し、1〜2回羽状複葉。小葉は卵形で、先端の小葉が大きく、先はとがらず、丸い。葉柄に長毛が生える。葉脈は深く、縁は鈍鋸歯。茎の先に長い穂状の花序を伸ばし、淡青色の花を輪生する。花はアキノタムラソウに似ているが、雄しべは曲がらず、花の外にまっすぐ 突き出るのが特徴。よく似たアキノタムラソウは雄しべが上唇に沿い、下向きに先が曲がる。ナツノタムラソウの花も雄しべがまっすぐ突き出てほとんど同じであるが、葉の先がとがるのが普通である。