Многолетнее растение высотой 30—120 см.
Корневище сильно ветвится.
Стебель разветвлённый, четырёхгранный, опушённый короткими волосками с примесью желёзок или почти голый.
Листья супротивные, черешковые, яйцевидные до закруглённо-ромбических, городчато-пильчатые, опушённые.
Цветки собраны в ложные кольца по 6—12; чашечка с нижними шиловидными зубцами, длинноволосистая и желёзистая; венчик синевато-белый или бледно-лиловый. Четыре тычинки, пестик с четырёхраздельной верхней завязью и длинным столбиком.
Плод — крупный, состоит из четырёх орешков яйцевидной формы, чёрного цвета, блестящий. Масса 1000 семян — в среднем 0,62 г. Семена сохраняют всхожесть 2-3 года.
Цветёт в июне—августе. Плоды созревают в августе—сентябре.
Мелисса менее зимостойка, чем котовник кошачий. Поскольку мелиссу и котовник часто путают, важно обратить внимание на внешние отличия. Котовник образует на концах ветвей верхушечные соцветия, а у мелиссы они отсутствуют. Цветки у неё располагаются мутовками в пазухах листьев верхней части стебля. Листья мелиссы светлые, ярко-зелёные, а у котовника они имеют матово-сероватый оттенок.