C'est une famille de mousses acrocarpes non ramifiées, et de taille variable. Les feuilles sont caractéristiques, composées le plus souvent d'une très large nervure et de quelques rangées de cellules de limbe[4]. La nervure est couverte de lamelles chlorophylliennes disposées dans le sens de la feuille. Ces lamelles permettent d'augmenter par 6 la surface de la feuille au contact de l'air, facilitant ainsi les échanges de CO2 avec l'air ambiant. En effet, dans les contextes ensoleillés le facteur limitant la photosynthèse pour les bryophytes est l'accès au CO2. Ainsi les Polytrichaceae sont mieux équipées pour effectuer la photosynthèse dans les habitats lumineux[5].
Ce système se retrouve chez d'autres espèces de la famille des Potiaceae, comme Pterygoneurum. Chez cette dernière les lamelles sont peu nombreuses et la capsule ne présente pas de péristome. Les espèces du genre Aloina ou Crossidium présentent des filaments sur la feuille lui donnant un aspect semblable à celles des Polytrichaceae. Mais ce sont bien des filaments isolés et non pas des lamelles[6].
Feuille de Polytrichum formosum, laissant apparaitre la base transparente, composée d'un limbe unistratifié, puis les lamelles rendant opaque la majorité de la feuille.
Section transversale de feuilles de Polytrichum juniperinum. On observe la nervure, sur laquelle sont disposées les lamelles. Le limbe, de chaque côté de la nervure est ici rabattu par dessus les lamelles.
Vue rapprochée d'une coupe transversale d'une feuille de Polytrichum.On observe les rangées de lamelles, et les chloroplastes à l'intérieur des cellules.
Vue de dessus d'une feuille de Polytrichum formosum. On observe les lamelles opaques disposées en rang, ainsi que le limbe transparent, très réduit et doté de dents.
↑Handbook of Mosses of the Iberian Peninsula and the Balearic Islands: illustrated keys to genera and species, Inst. d'Estudis Catalans, (ISBN978-84-7283-865-9)
↑Vincent Hugonnot, Jaoua Celle et Florine Pépin, Mousses & hépatiques de France: manuel d'identification des espèces communes, Biotope éditions, coll. « Guide expert des », (ISBN978-2-36662-293-5)