L'algue s'organise sous la forme d'un appareil végétatif organisé en une succession de nœuds et d'entre-nœuds. Leur fronde est formée decladomes ramifiés portant chacun un axe à croissance terminale. Cette croissance s'effectue par une cellule initiale qui forme des segments par cloisonnements successifs. À chaque division d'une cellule apicale, une cellule fille reste petite et se divise périclinalement pour donner les cellules nodales qui peuvent générer de nouvelles cellules apicales, tandis que l'autre forme la cellule internodale et s'agrandit. Les cellules basales génèrent des filaments corticants[2]. Les parois cellulaires peuvent se calcifier. Comme chez certainesRhodophytes, il existe à chaque nœud un verticille depleuridies (rameaux courts). Les Charophytes possèdent dans leurs cellules internodales unevacuole très développée. Les molécules d'actine et de myosine interagissent et créent des courants longitudinaux dans le cytoplasme. Lespéroxysomes des Charophytes possèdent l'enzyme glycolate oxydase, capable d'oxyder lephosphoglycolate englyoxylate. Cela permet à l'algue de récupérer de l'énergie. Leschloroplastes sont discoïdes et dépourvus depyrénoïdes. Il existe aussi desleucoplastes et deschromoplastes. Lesrhizoïdes sont générés par les cellules nodales de la base de la plante. Les rhyzoïdes peuvent contenir de l'amidon.
Les Charophytes peuvent êtremonoïques oudioïques. C'est au niveau d'un nœud situé sur un rameau court, à l'aisselle d'une pleuridie, que se forment lesanthéridies et lesoogones (lesarchégones sont inexistantes). Elles sont entourées de petites structures unicellulaires, les bractées. Lesanthérozoïdes, biflagellés comme chez la plupart desBikontes, sont remarquablement complexes et de forme hélicoïdale, comme chez lesBryophyteslato sensu. Ils se forment dans lesspermatocystes, eux-mêmes issus de structures en forme d'écusson correspondant aux cellules externes provenant de la division d'une cellule initiale. Leur noyau est allongé et occupe presque tout l'espace de l'anthérozoïde. Les oosphères se forment aux mêmes nœuds que les anthéridies et sont situées au-dessus chez les espèces monoïques. elles sont entourées de 5 cellules issues des divisions de l'oogone, allongées en filaments disposés en spirale, et surmontées de 5 cellules apicales formant la coronule. Cela permet de ménager une ouverture pour les anthérozoïdes. Ceux-ci accèdent donc à l'ovule par oogamie etzoïdogamie. La fécondation génère lezygote, c'est-à-dire lesporophyte. Celui-ci s'entoure d'une paroi, se charge d'amidon (cela forme l'oospore) et se développe au fond de l'eau, dans la vase, une fois relâché par le gamétophyte après la fécondation. La germination a lieu à la saison favorable et le noyau subit la méiose. Une cellule uninuclée et une grosse cellule trinuclée et bourrée d'amidon se forment alors. La première donnera naissance à un nouvel individu et la seconde sert de réserve. La petite cellule forme ensuite un rhyzoïde et unprotonéma (un filament chloroplastique) qui au fil des divisions donnera un individu adulte.
Ces plantes sont toutes aquatiques. La plupart vivent en eau douce, maisChara baltica vit en eau saumâtre, au niveau de lamer Baltique. Les Charophytes forment des pelouses au fond de l'eau. Elles peuvent survivre sur un rocher mais sont incapables de se développer hors de l'eau. Cela est dû à l'absence de phase diploïde qui se formerait par mitoses et qui pourrait être terrestre. En effet un tel cycle, ditdigénétique, permet de séparer la phase aquatique durant laquelle a lieu lagamétogenèse. Les Charophytes perçoivent l'orientation de lagravité (graviperception) grâce à des cristaux de sulfates de baryum BaSO4, qui sédimentent de façon spontanée suivant la gravité.
Suivant les anciennes classifications il s'agit du groupe le plus dérivé de l'embranchement desChlorophycophytes. Elles partagent en effet des caractères avec les Bryophytes stricto sensu, comme les anthérozoïdes de forme spiralée. La phase gamétophytique haploïde est dominante par rapport à la phase sporophytique diploïde : en effet le zygote subit la méiose immédiatement après sa fécondation. Le cycle est donc monogénétique haplophasique. Cette caractéristique se retrouve chez certainesembryophytes, les plus basales, comme lesMarchantiophytes, lesAnthocérotes et lesBryophytes stricto-sensu. Chez les Embryophytes il s'agit d'un caractères ancestral. Les Charophytes sont parmi les plantes les plus proches des Embryophytes ou plantes terrestres. Certains considèrent que lesColeochaetophytes et lesZygnématophytes sont incluses dans les Charophytes[3]. Suivant cette conception, les Charophytes seraientparaphylétiques car les plantes terrestres seraient issues des Charophytes. D'autres séparent les charophytes de ces groupes et dans ce cas, les Coléochaetophytes sont les organismes les plus proches des plantes terrestres[1]. Les Charophytes partagent avec les plantes terrestres plusieurs enzymes[4].
Une Charophyte fossile,Praesicidium silurucum, a été retrouvée dans des terrains datés duSilurien (-420 millions d'années). Les groupes actuels de Charophytes se sont séparés auTrias. Des oospores calcifiées deChara se trouvent parfois dans les sédiments.