Синезеленые водоросли благодаря присутствию фикоциана и других ассимилирующих пигментов — хлорофилла, фикоэритрина и каротина — окрашены в разнообразные оттенки оливково-зеленого, голубого или коричневого цветов.
Характерной чертой строения клеток является отсутствие типичного ядра и хроматофоров; протопласт делится на расположенную по периферии хроматоплазму и находящуюся внутри клетки центроплазму, которую можно считать равнозначащей ядру клеток других растений.
Планктические синезеленые водоросли, относящиеся к семейству Nostocaceae, как, например, Anabaena, Aphanizomenon и Nodularia являются главнейшими представителями фитопланктона различных пресноводных водоемов (Anabaena и Aphanizomenon) и слабо соленых Азовского и Каспийского морей (Nodularia); часто встречаются в массовых количествах, вызывая летом явление цветения воды. Водоросли образуют нити из многочисленных клеток, тесно связанных между собою тончайшими плазматическими перемычками (плазмодесмами); оболочки клеток тонкие.
Между вегетативными клетками находятся особые пограничные клетки, или гетероцисты, превосходящие обычно величину вегетативных клеток и отличающиеся утолщенностью оболочки и иной окраской, что зависит от исчезновения ассимилирующего пигмента. Кроме гетероцист в нитях находятся также покоящиеся клетки, споры, способные переносить неблагоприятные условия и прорастать в новую нить; споры отличаются своей величиной и большей толщиной оболочки, по сравнению с вегетативными клетками. У многих видов синезеленых водорослей можно обнаружить присутствие в клетках многочисленных неправильной формы газовых вакуолей; благодаря им удельный вес водорослей становится меньше удельного веса воды. Особенно велико значение этих образований для планктических водорослей, которые вначале развиваются у дна, а затем при помощи газовых включений всплывают к водной поверхности.
Под микроскопом газовые вакуоли кажутся окруженными черной каемкой. Присутствие в них газа легко показать следующим простым опытом. Банку, содержащую живые водоросли, наполняют до самого верха водою и закрывают высокой цилиндрической пробкой, не оставляя в банке воздуха. Если затем с силой вогнать пробку в горло банки, то в результате резко увеличивающегося давления газ будет мгновенно вытеснен из вакуолей, и водоросли опустятся на дно банки.
Наиболее обычными представителями синезеленых водорослей являются различные виды Ariabaena, Aphanizomenon и Noclularia, вызывающие цветение воды; некоторые из них поэтому несут видовое название flos-aquae.
Нити Anabaena, обычно сильно закрученные или изогнутые и заключенные в слизь, содержат несколько гетероцист (пограничных клеток), расположенных между вегетативными клетками; длина последних равна ширине или ее превышает. Наиболее обычные виды отличаются между собою следующими признаками.
Нити закручены по крутой спирали, споры округлые или слабо изогнутые - A. spiroides
Нити иной формы; споры цилиндрические, более или менее сильно изогнутые
Нити, многократно изогнутые, образуют неправильной формы клубок; споры разбросаны беспорядочно - A. flos-aquae
Нити, переплетаясь между собою, радиально отходят от одного места; споры расположены около гетероцист - A. lemmermanni
Нити Aphanizomenon, из которых чаще всего встречается Aphanizomenon flos-aquae, соединены в пучки; концы нитей образованы удлиненными бесцветными клетками; споры сильно вытянуты по длине.
Нити Nodutaria, из которых самым обычным видом является Nodularia spumigena, отличаются от близких форм низкими, дискообразными клетками; споры образуются на равном расстоянии от гетероцист, нити прямые или вогнутые. Встречаются в солоноватых водах.