Выделено два типа культурного клевера лугового: клевер позднеспелый или одноукосный (var. serotinum) - озимый, и клевер раннеспелый или двуукосный (var. praecox) – яровой) (рис.1). Корневая система стержневая, хорошо развитая. Формируется много боковых и гипокотильных придаточных корней. На них образуются клубеньки, бактерии которых усваивают азот воздуха. Содержание азота зависит от биотипического состава популяций, увеличиваясь с возрастом растений. Стебель цилиндрический, слабоопушенный, различной окраски, в зависимости от содержания пигмента антоциана (от темно-красной до зеленой). Кроме укороченного главного, образуются боковые стебли из пазух семядольных листьев, из эпикотиля и пазух нижних узлов. Листья сложные, тройчатые, опушенные. Листочки широко-обратнояйцевидные. Прилистники пленчатые, суженные. Соцветия головчатые, многоцветковые (30-70), снизу окруженные верхушечными листьями. Цветки сидячие, мотылькового типа, венчик красный, реже лилово-красный. Лепестки в нижней части венчика срастаются в трубочку длиной 8-10 мм, у тетраплоидных форм до 14 мм. В цветке 10 тычинок (9 сросшихся и 1 свободная) и пестик с рыльцем округлой формы. Пыльники и рыльце пестика не выходят наружу. Зрелые пыльники почковидной формы с продольной бороздкой, растрескиваются от прикосновения насекомых-опылителей, главным образом пчел и шмелей. Зрелая пыльца красно-желтая, пыльцевые зерна мелкие, несыпучие, покрыты шипиками. Фертильность пыльцы достигает 90 %. Завязь верхняя, одногнездная, с двумя семяпочками, из которых обычно развивается только одна. У основания цветка в трубочке расположен нектарник. Количество и качество нектара имеет значение для успешного опыления насекомыми. В дождливую погоду нектар содержит повышенный процент влаги, а в засуху наступает обезвоживание, нектар приобретает другую консистенцию, и пчелы его не собирают.

Размножается семенным путем. Массово цветет в июне — июле, но на пастбищах при постоянном обкусывании период цветения растягивается на весь вегетационный период — с мая до сентября. Соответственно и плоды созревают в разное время. Опыляются цветки насекомыми, причем из-за длинной узкой трубки венчика не все насекомые могут осуществлять опыление, а лишь длиннохоботковые, например шмели. Медоносные пчелы также активно посещают цветущий клевер, собирают с него нектар и пыльцу, но опыляют в основном лишь относительно мелкие цветки, которые развиваются, в частности, в засушливые периоды. Цветки в хорошо развитых соцветиях им недоступны, но горные популяции пчел (в том числе кавказские) обладают длинными хоботками и более успешно осуществляют опыление клевера. При обильном выделении нектара он поднимается по трубке венчика и становится легкодоступным не только для пчел, но и для других насекомых с короткими хоботками. Специальной подкормкой пчеловоды могут стимулировать активное посещение цветков клевера, что бывает особенно важно при его культивировании ради семян (Сергеев П.А., Миняева А.И., Федосеев Б.В., 1963).

Плод - боб, обычно односемянный, редко двусемянный. В зависимости от сортовых особенностей и погодных условий двусемянность варьирует от 0,4 до 20 %. Семена мелкие, яйцевидной, слегка сплюснутой формы, пестрой окраски (желтоватой, желто-фиолетовой и фиолетовой). Масса 1000 семян 1,5-2,5 г, у тетраплоидных форм - 2,5-3,5 г (Сергеев П.А., Миняева А.И., Федосеев Б.В., 1963).

Структура популяций клевера лугового по признакам скороспелости, продуктивности и зимостойкости очень изменчива и определяется как генетическими факторами, так и условиями внешней среды. В популяциях встречаются растения, которые переходят в генеративную фазу в первый год жизни - яровые биотипы; растения, которые в год посева не зацветают, а зимуют в состоянии хорошо облиственной розетки - озимые биотипы; растения, образующие в первый год жизни как укороченные, так и удлиненные вегетативные побеги, - промежуточные биотипы. Раннеспелые, двуукосные популяции клевера лугового содержат в своей структуре различные по степени скороспелости яровые биотипы (90-100 %). Позднеспелые популяции клевера состоят из яровых, промежуточных и озимых биотипов. Число цветущих растений в первый год жизни в позднеспелых популяциях варьирует в пределах 4-57 %, среднеспелых - 13-96 %, раннеспелых - 95-100 %. Сроки цветения позднеспелых популяций 3-4 недели. Время цветения раннеспелых клеверов наступает раньше на 1-2 недели по сравнению с позднеспелыми. Климатические условия года существенно смещают цветение популяции. У позднеспелых популяций по дате цветения четко выделяются три основных биотипа, а у раннеспелых - один. На сроки цветения растений 2-го года жизни влияет также степень развития растений, как в первый, так и во второй год жизни. Внутри популяции наиболее продуктивны озимые и промежуточные биотипы. Наибольший диапазон изменчивости по продуктивности и высоте растений характерен для озимых и промежуточных биотипов, наименьший - для яровых. За вегетационный период позднеспелый клевер дает один полноценный укос на сено и отаву, состоящую главным образом из листьев, или только урожай семян. Раннеспелый клевер во второй год жизни рано отрастает, зацветает и за вегетационный период может дать или два полноценных укоса на сено, или один укос на сено, а второй на семена. В малоснежные холодные зимы в северных районах позднеспелый клевер меньше вымерзает и реже выпадает из травостоя. Позднеспелый клевер луговой выдерживает температуру до -20° C в зоне корневой шейки при хорошей закалке к зиме. Однако температура -15° C является критической. Низкая влажность почвы в течение осенних и первых зимних месяцев неблагоприятно влияет на выносливость травостоя зимой. Устойчивость к неблагоприятным условиям падает при использовании травостоя на семена и при частом скашивании в ранние фазы, особенно на бедных почвах и при нарушении агротехники. Клевер хорошо растет на суглинистых, супесчаных, серых лесных почвах, выщелоченных, обыкновенных и мощных черноземах. При орошении дает высокую урожайность на всех типах почв, а при мелиорации и на торфяниках. Требует большого количества влаги, но избытка ее не переносит. Влажность почвы в пределах 70-75 % от полной влагоемкости наиболее благоприятна для роста и развития клевера лугового. Наиболее чувствительны к недостатку влаги тетраплоидные и позднеспелые формы. От осадков в апреле, мае, июне зависит продуктивность растений. При низких температурах воздуха клевер хорошо растет и в условиях низкой влажности почвы. Он не выдерживает длительного затопления, поэтому на пойменных участках нередко выпадает. В северных районах оптимальными являются земли с залеганием грунтовых вод не ближе 1,5 м от поверхности почвы, а на юге - 75 см. На почвах с малым содержанием гумуса растет плохо, на кислых и засоленных почвах значительно больше изреживается и дает низкую урожайность сена и семян. Позднеспелые формы клевера лугового более отзывчивы на удобрение, чем раннеспелые (Козлова В.А., Сивоглазов В.И., 2008).

В начале роста клевер луговой больше нуждается в фосфоре. При внесении N-P-K фаза кущения ускоряется на 5-6 дней, фаза бутонизации - на 8-9 дней, фаза созревания - на 5 дней. Оптимальная температура прорастания семян 5-7 °C. Для роста и развития растений наиболее благоприятна температура 17-20 °C. Клевер луговой - растение длинного дня с четкой фотопериодической реакцией (Бекузарова С.А., Беляева В.А., Бушуева В.И., 2008).