Vegetative Merkmale
Der Knollen-Ziest wächst als ausdauernde krautige Pflanze und erreicht Wuchshöhen von 30 bis 120 Zentimetern. Die Stängel sind meist aufrecht.
Die etwa 8 Zentimeter langen, 2 Zentimeter dicken „Speicherwurzeln“ mit perlmuttfarbener, dünner Haut entstehen durch sich an Wurzelenden verdickende Rhizome. Durch medulläres primäres Wachstum verdicken sich diese vor allem an den Internodien, wesentlich weniger an den Nodien (Knoten), es entstehen in unregelmäßigen Abständen „eingeschnürte“ Knollen, die meist zu beiden Seiten kegelig dünner werden. Die ab März austreibenden Knollen gemahnen so an einen Darm, eine Perlschnur, fette weiße Raupen oder „Michelin-Männchen“. Beim Wachstum wird die Haut nicht aufgerissen, im Gegensatz zum Sumpf-Ziest (Stachys palustris), wo durch Vernarbung Verkorkungen entstehen.
Die gegenständig am Stängel angeordneten Laubblätter sind in Blattstiel und Blattspreite gegliedert. Der Blattstiel ist 1 bis 3 Zentimeter lang. Die einfache Blattspreite ist bei einer Länge von 3 bis 12 Zentimetern sowie einer Breite von 1,5 bis 6 Zentimetern eiförmig bis elliptisch-eiförmig mit breit-keilförmiger bis schwach-herzförmiger Spreitenbasis und spitzem bis zugespitztem oberen Ende. Der Blattrand ist gekerbt-gesägt.
Generative Merkmale
Die Blütezeit reicht von Juli bis August. Im 5 bis 15 Zentimeter langen ährigen Blütenstand sind die Scheinquirle relativ weit voneinander entfernt angeordnet. Jeder Scheinquirl enthält etwa sechs Blüten. Die laubblattähnlichen Tragblätter sind lanzettlich, fast ganzrandig und kürzer als der Kelch. Die Deckblätter sind bei einer Länge von etwa 1 Millimeter linealisch. Der Blütenstiel ist etwa 1 Millimeter lang.
Die zwittrigen Blüten sind zygomorph mit doppelter Blütenhülle. Die fünf grünen Kelchblätter sind auf einer Länge von etwa 9 Millimetern schmal-glockenförmig verwachsen. Der Kelch ist ± auffällig zehnnervig und drüsig behaart. Die fünf Kelchzähne sind bei einer Länge von etwa 4 Millimetern dreieckig und etwas zurückgebogen. Die fünf roten bis violetten Kronblätter zu einer etwa 9 Millimeter langen Kronröhre verwachsen, die etwas ausgesackt und flaumig behaart ist. Die Kronoberlippe ist flach oder leicht zurückgeschlagen und bei einer Länge von etwa 4 Millimetern sowie einer Breite von etwa 2 Millimetern länglich. Die purpurfarben gepunktete Kronunterlippe ist etwa 7 Millimeter lang sowie etwa 7 Millimeter breit, ihre zwei seitlichen Kronlappen sind eiförmig und der Mittellappen ist bei einem Durchmesser von etwa 3,5 Millimetern fast kreisrund. Von den vier Staubblättern sind zwei länger als die anderen beiden. Die flaumig behaarten Staubfäden sind zum oberen Ende hin etwas verbreitert. Der Griffel ist zweigabelig.
Die schwarz-braunen Klausen sind bei einem Durchmesser von etwa 1,5 Millimetern eiförmig und warzig.
Die Chromosomenzahl beträgt 2n = 16.