Vegetative Merkmale
Der Tonkabohnenbaum wächst bis zu 25–30 Meter hoch, mit einem Stammdurchmesser von bis zu einem Meter. Die Borke ist anfänglich glatt und fleckig, später furchig und gräulich, während das Holz rötlich-braun ist.
Der Baum hat wechselständige, unpaarig gefiederte, bis 20 cm lange und 8 cm breite, gestielte Blätter, mit 3 bis 8 eiförmigen bis elliptischen oder verkehrt-eiförmigen, gelegentlich ungleichen, ledrigen, glänzenden und dunkelgrünen Blättchen. Die Rhachis ist leicht geflügelt und an der Spitze in eine Verlängerung ausgehend. Die kahlen Blättchen sind kurz gestielt, ganzrandig und bespitzt bis spitz. Die Nervatur ist fein gefiedert.
Er bevorzugt schattige Standorte mit hoher Luftfeuchtigkeit, er toleriert nährstoffarme, durchlässige Böden, gedeiht aber am besten auf humusreichen Böden. Er ist eine Calcifuge (Kalkmeider) und bildet Brettwurzeln.
Generative Merkmale
Die vielblütigen, rispigen Blütenstände sind etwa 5–9 cm lang. Die kleinen, duftenden, weiß, rosa und zwittrigen Schmetterlingsblüten sind zygomorph mit zwei bräunlichen, flügeligen Kelchblättern. Die 10 Staubblätter sind zweibündelig verwachsen und Dipteryx odorata wird von Insekten bestäubt.
Jede entwickelte eiförmige bis ellipsoide, anfangs grüne, später bräunliche, glatte Steinfrucht von 5–10 cm Länge und 3–6 cm Breite, enthält einen mandelförmigen, harten, ledrig-holzigen, rötlich-braunen, rund 3–5 cm langen und 1–2 cm breiten Samen, der in einem faserigen Perikarp liegt. Der Kern besteht aus zwei ölhaltigen, cremefarbenen Kotyledonen zwischen welchen Cumarin-Schichten lagern. Das wenige, gelbe Fruchtfleisch ist klebrig und geschmacklos, mit schlechtem Geruch.
Der getrocknete, dunkelbraune bis schwarze Samen mit einer schrumpeligen Oberfläche wird als Tonkabohne bezeichnet. Tonkabohnen sind hocharomatisch, duften süß und erinnern im Aroma an Vanille und Waldmeister.
Die schlimmsten Schädlinge sind die Fledermäuse, aber auch Vögel (Papageien), weil sie das breiige Fruchtfleisch fressen, allerdings dient dies auch gleichzeitig der zoochoren Verbreitung der Samen (Dysochorie). Einige bekannte Pilze können zu Problemen führen: Anthostomella abdita, Diatrype ruficarnis, Macrophoma calvuligera und Myiocopron cubense. Die Samen können nicht gekeimt werden wie die meisten Regenwaldsamen, sie sind nur eine kurze Zeit lebensfähig und haben keine „Ruheperiode“. Eine Vermehrung wird durch Marcottage, Knospung und Stecklinge erreicht.