[[Tiedosto:Quercus robur early flowers.jpg|thumb|220px|vasen|Metsätammen hedekukintoja.]]
Täysikasvuisen metsätammen rungon kaarna on syväuurteinen ja väriltään tummanruskea. Vahvat, pitkät haarat ovat yläviistoon ja sivulle siirottavia. Latvus on kupumainen. Kuluvan kesän kasvainranka on tavallisesti kalju. Lehtisilmut ovat pieniä. Nahkeahkot lehdet ovat kierteisesti ja korvakkeettomia. Lehtiruoti on tavallisesti 2–8 cm pitkä. Pariliuskainen lehtilapa on 10–15 cm pitkä, vastapuikea, tavallisesti herttatyvinen ja yleensä vain nuorena alta karvainen. Lehdet levenevät tyvestä kärkeen voimakkaammin kuin toisella yleisellä eurooppalaisella tammilajilla, [[talvitammi|talvitammella]] (''Q. petraea''). Lehden liuskat ovat ehytlaitaisia, pyöreä- ja tylppäkärkisiä. Lehtilavan suonet ulottuvat sekä liuskojen kärkiinn että niiden välisiin loviin. Hedekukinto on riippuva, monikukkainen norkko, emikukinto on pysty, 2–4-kukkainen norkko. Kukat ovat yksineuvoisia ja pieniä, kukan kehä on vähäinen. Suomessa metsätammi kukkii myöhään keväällä touko-kesäkuussa. Hedelmä on maljamaisen kehdon ympäröimä kova, 2–3 cm pitkä pähkinä eli terho. Kukintoperä on hedelmien kypsyttyä aina selvästi lehtiruotia pitempi, jopa 6 cm pitkä. Pähkinät kypsyvät kukintavuonna.<ref name="RETKEILYKASVIO"/><ref name="PUU">Suomen puu- ja pensaskasvio 1992, s. 105.</ref>
Metsätammen ruskaväri on pääosin keltainen, tai vaatimattoman kellanruskea. Tammenterhot ovat kypsiä eteläisen Suomen oloissa syyskuun lopulla, samaan aikaan ruskan kanssa. Puu pudottaa lehtensä talveksi, mutta, ruskeat, kuolleet lehdet pysyvät nuorissa puissa usein kevääseen saakka. Suurilla puilla lehdet tuntuvat varisevan herkemmin.
