Хлопчатник относится к семейству Мальвовые (Malvaceae) и очень сложному роду Gossypium, который включает много видов, форм и разновидностей.
В нашей стране производственное значение имели только два из них. Хлопчатник средневолокнистый (Gossypium hirsutum L.) — самый распространенный на земном шаре вид, который происходит из Центральной Америки. У него крупные и округлые коробочки, с носиком на вершине, 3- 5-гнездные, с 5-11 семенами в каждом, сильно растрескивающиеся. Семена покрыты подпушком. Выход волокна высокого качества достигает до 35-40%, длина до 35 мм, тонина 17-20 мкм, метрический номер 4200-5500. Хлопчатник тонковолокнистый (Gossypium barbadense L.) происходит из Южной Америки. Коробочки мелкие, конусовидные, вытянутые, 3-4-гнездные. Семена (по 5-8 штук в гнезде) почти голые. Волокно высшего качества: длина 40 мм и более, тонина 12-18 мкм, метрический номер 6000-7500, крепкое, шелковистое, обладает высокими прядильными качествами. Сорта тонковолокнистого хлопчатника возделываются в наиболее теплых странах.
Хлопчатник — многолетний полукустарник высотой до 100-150 см, но в странах умеренного климата возделывается как однолетнее растение. Корневая система у него стержневая, хорошо развитая (проникает в глубину на 2,53 м и в стороны до 1,5-2 м) Стебель ветвящийся, опушенный, в нижней части грубый. После оплодотворения цветка развивается плод (коробочка), который имеет округло-яйцевидную форму. В каждом гнезде коробочки находится по 5-10 семян. Масса 1000 штук 90-150 г. Семена покрыты коротким подпушком и длинными волокнами. Масса сухого сырца одной коробочки колеблется от 2 до 10 г в зависимости от сорта и условий выращивания. В общей массе хлопка — сырца на волокно приходится от 30 до 40%, а на подпушек (линтер) — 0,2-1,5%. Каждое волокно является гигантской вытянутой клеткой эпидермиса кожуры с отношением толщины к длине 1: (1500-2000). Имеется целый ряд показателей, которые характеризуют качество волокна. Технологические качества волокна зависят от сорта, условий произрастания и агротехнологии (густота насаждения, поливы, удобрение, условия уборки и хранения и др.). На основании технологических свойств все виды хлопкового волокна делятся на семь типов, которые используются для выработки различных тканей.
У хлопчатника принято отмечать следующие фазы: всходы, бутонизация, цветение и созревание. Длина вегетационного периода у различных сортов колеблется от 130 до 160 дней. При поглощении семенами 70-80% влаги к их массе и температуре посевного слоя почвы выше +10-11°С начинается их прорастание, а оптимальной считается +25-30°С. Вначале трогается в рост корешок, а затем изогнутое подсемядольное колено стебля, которое выносит семядоли на поверхность почвы. После появления всходов начинает расти верхушечная почка стебля; первый настоящий лист формируется через 8-10 дней после всходов, а все остальные — через 3-4 дня. Как правило, в пазухах 5-6-го листа образуется первая плодовая ветвь (первый бутон). С этого времени принято отмечать начало бутонизации, которая продолжается 25-30 дней. Установлено, что высокий урожай хлопка-сырца бывает при более раннем цветении и плодообразовании.
Период от цветения до раскрытия коробочки продолжается обычно 45-65 дней. Цветки хлопчатника раскрываются утром и увядают к вечеру того же дня.
Через 25-35 дней после оплодотворения внешнее формирование коробочки прекращается, но для созревания семян и формирования волокна требуется еще 25-30 дней, в течение которых идет реутилизация питательных веществ из вегетативных органов. Раскрытие коробочек на одном кусту может растянуться почти на 2 месяца. Ясная и теплая погода способствует ускорению этой фазы, а прохладная замедляет. Недостаток света, влаги и питательных веществ приводит к опадению бутонов и завязей. Особенно часто такое явление наблюдается на засоренных, неудобренных, пересохших и плохо обработанных полях. Так как хлопчатник является очень теплолюбивым растением, то он совершенно не выносит даже небольших (-2°С) заморозков. Наиболее благоприятной температурой для его развития считается +25-30°С, а общая же потребность в тепле выражается суммой активных температур 2800-3600°С. Это светолюбивое растение короткого дня, поэтому расположение листовых пластинок у него в течение суток меняется (днем пластинки обращены к солнцу, а ночью и в тени опускаются). Установлено, что прямой и слишком яркий свет при высокой температуре и сухости воздуха часто приводит к снижению ассимиляции. Засухоустойчивость этой культуры связана с глубоким проникновением в почву корней, транспирационный коэффициент может колебаться от 400 до 800. Наибольшая потребность во влаге бывает в фазе цветение — плодообразование. При высокой влажности воздуха получается более длинное и тонкое волокно.
Хлопчатник является также очень требовательным к элементам питания. Благоприятное сочетание азота, фосфора и калия ускоряет вегетацию на 510 дней и заметно повышает устойчивость растений к болезням. В то же время при недостатке питания в начальные фазы тормозится развитие корневой системы, что является причиной опадания бутонов и завязей. Недостаток питательных элементов в более поздние фазы отрицательно отражается на темпах образования плодовых ветвей, бутонов, сроках цветения. Лучшими почвами для этой культуры считаются легкие плодородные с рН 7-8. Хлопчатник может переносить некоторую засоленность почвы, особенно в конце вегетации. Для повышения плодородия почв большое значение имеют хлопково-люцерновые севообороты, правильная обработка почвы, применение удобрений и промежуточных посевов.