Многолетник с укороченным, длиной 2 — 7 см, утолщенным, ежегодно нарастающим в толщину до 2—3 см корневищем. Стебель высотой 50—150 см, в верхней части с редким опушением, высокооблиственный. Нижние листья складчатые, широкоэллиптические, шириной 10— 15 см и длиной 15—25 см, снизу голые или с рассеянными волосками, верхние листья ланцетные. Соцветие метельчатое, раскидистое, длиной 20—60 см, многоцветковое. Цветоножки длиной 2— 3 мм, опушенные, прицветники длиной 3—5 мм. Листочки околоцветника желтовато-зеленые, туповатые, мелкозубчатые или почти цельнокрайние, длиной 8— 12 мм и шириной 4—6 мм; в основании их находятся нектарники. Тычинок 6, они короче околоцветника. Завязь верхняя. Плод — трехлистовка с покрывалом. Семена продолговатые, сплющенно-крылатые, длиной 10—15 мм (см. рис.).
Распространена в Средней Европе, Средиземноморье, Малой Азии, Северной Монголии; в СССР — на большей части европейской половины, на Кавказе, в Западной и Восточной Сибири, Средней Азии (Прибалхашье и Тянь-Шань), на Дальнем Востоке. Растет на суходольных и пойменных лугах, полянах. Мезофит. Приурочена к местам с близким залеганием грунтовых вод; избегает мест с застойным увлажнением и сухие участки. Светолюбива, но может расти и в полутеневых условиях. Морозоустойчива; способна произрастать в различных, контрастных климатических условиях — от Арктики до Кавказа. Имеет широкий диапазон местообитаний: от гле-евых почв до черноземных, от бедных до богатых и среднесолонча-ковых, обычна на глинистых и суглинистых со слабощелочной или нейтральной реакцией почвах.
Участвует в сложении травяного покрова злаковых, разнотравных и злаково-разнотравных лугов, где нередко играет доминирующую роль. Флористичекий состав зарослей ее отличается большой пестротой и многообразием. Она благодаря большой фитомассе оказывает сильное фи-тоценотическое влияние; внедрившись в сообщество, способно резко изменить его физиономичность и видовой состав.
Размножается преимущественно семенами. Одна особь продуцирует их в среднем около 5—6 тыс. Семенные растения развиваются на первых этапах очень медленно. Генеративного состояния они достигают лишь на 16— 30-й год жизни. У молодого генеративного побега закладываются 2—5 боковых побегов, которые, в свою очередь, через 2 года, в течение которых развиваются, цветут и плодоносят, дают начало дочерним побегам следующего порядка; этим объясняется рост чемерицы куртинами. Соцветие закладывается в июне за год до цветения; к августу бывают сформированы все его элементы. Размещено оно на верхушке укороченного побега и скрыто в трубке удлиненных влагалищ листьев. Примерно к этому же периоду заканчивается и вегетация побегов: листья буреют и усыхают.
Боковые почки зимуют в почве на глубине 1,5—16 см. Рано весной, еще под снегом, они трогаются в рост, появляясь на поверхности освободившейся из-под снега почвы в виде крупных шишковидных ростков. Через 10—20 дней на побегах развертываются листья. Массовое цветение проходит в конце июня — начале июля, плодоношение — в августе.
Чемерица ядовита для скота; на сенокосах и пастбищах считается злостным сорняком. Токсичность ее сохраняется при сушке и силосовании. Во всех частях побега содержит алкалоиды — протовератрин, нейрин и др. Особенно опасно для животных в зеленом состоянии. Как лекарственное растение используется в медицине и ветеринарии. Употребляется для борьбы с домашними насекомыми.
В сходных экологических условиях в лесной и лесостепной полосе, часто вместе с чемерицей Лобеля, от Прибалтики до Дальнего Востока распространена чемерица черная (V. nigrum L.) с темно-вишневыми цветками и голыми листьями. В Сибири и на Дальнем Востоке на сырых лугах растет чемерица даурская (V. dahuricum (Turcz.) Loes. fil.) с желто-зелеными цветками и беловатыми, войлочно-опушенными снизу листьями. Они также содержат алкалоиды и по своим свойствам близки к чемерице Лобеля.