菊花石外观呈块状，致密坚硬，由灰黑色基底和白色菊花形两部分组成，有时见白色方解石细脉穿插和体态较大生物化石点缀。

基底呈灰黑色，由生物碎屑和泥晶两部分组成。生物种类繁多，有蜓类，腕足类、孔虫类、苔藓虫类等。其碎屑大小不等，一般0.1mm～2mm，个别较大，可达20cm。泥晶为细小粒状或扁平粒状，粒径0.005mm～0.03mm，充填在生物碎屑颗粒之间起胶结作用。基底的矿物组成主要为方解石，其次有少量石英和白云石，微量矿物有炭质、黄铁矿、褐铁矿等，有时见自生钠长石晶体和粘土矿物水云母等。基底的化学成分(表1)主要为CaO和CO.. 2.. ，其次有SiO.. 2.. 和MgO，而其它成分的含量都甚少，这与矿物组成相一致.

菊花石呈白色，包裹基底为灰白色，花形按其完整程度可分三种：①有花蕊花瓣菊花石。这是菊花石的上品，花瓣为向四周散开的放射状，形态多样，有蝴蝶状，绣球状，凤尾状等。花蕊呈圆形，位于花瓣中心。菊花石大小不一，直径一般5cm～15cm，最大者可达40cm～50cm。②有花瓣无花蕊菊花石。此种亦好看，但不如完整花形，其特点与前者相同。③无花形菊花石。该种为菊花石下品，呈似脉状、不规则状、星点状等散落在基底上。

菊花石花瓣放射状实为一个个菱面体晶体形态紧挨或断续连接所致，其矿物成分主要是方解石和玉髓(石英)，有的含菱锶矿及天青石。矿物生成顺序及交代现象明显，镜下见花瓣中有基底生物碎屑灰岩被交代的残余。菱锶矿沿天青石颗粒边缘交代。菱锶矿位于中央，四周为方解石、玉髓(石英)组成环带构造，等等。花蕊主要由方解石和玉髓(石英)组成。菊花石的化学成分主要由CaO、CO.. 2.. 及SiO.. 2.. 组成，有的含SrO高(表2)，并且SrO的含量与CaO、SiO.. 2.. 呈反相关，即CaO、SiO.. 2.. 的含量越高，SrO的含量越少，说明随着交代作用的强烈发生， 早期生成的锶矿物被大量交代。此外，菊花石与基底成分相比，菊花石的特点是SrO及SiO.. 2.. 含量高，而基底很少。