Brzoza rzeczna jest rozwidlonym, lekko pochylonym drzewem o nieregularnej koronie. Dorasta do 80 stóp wysokości.
Kora jest gładka, od kremowobiałej do błyszczącej, srebrnawej do różowobrązowej i nieregularnie łuszcząca się na papkowate łuski. Spodnia strona łuszczącej się warstwy jest zabarwiona na czerwono. Z czasem kora staje się gruba, popękana i poszarpana z ciemnymi poziomymi rozszerzonymi przetchlinkami.
Gałązki są smukłe i bardzo giętkie, czerwonobrązowe i gładkie do lekko owłosionych. Pąki są smukłe i mogą być lekko owłosione. Nie ma zapachu ani smaku wintergreen po ścięciu gałązek, jak to jest w przypadku brzozy żółtej.
Liście są naprzemianległe, proste, jajowate do prawie czterostronnych, około 1 do 3 cali długości, z podwójnymi piłokształtnymi krawędziami, podstawa w kształcie klina z łodygami, błyszcząco zielone z wierzchu i blade i rozmyte pod spodem, lub przynajmniej w połowie żyłki i często są tam małe gruczoły żywiczne. Łodygi liści są owłosione. Większe liście są zwykle płytko klapowane. Zwykle występuje od 5 do 12 par żyłek bocznych. Kolor jesienią matowożółty.
Kwiaty: Drzewo jest jednopienne, czyli z oddzielnymi kwiatami męskimi i żeńskimi. Męskie kwiaty (staminate) występują w klastrze 2 do 3 czerwono-zielone wiszące kotki, które pojawiają się w pobliżu końców gałązek jesienią, a następnie wydłużają się na wiosnę, do 3 cali długości. Pojedyncze kwiaty są tylko 1/8 cala długości, są żółtawe z 2 pręcików, 4-lobed kielicha i są nieco zasłonięte przez małe przylistki. Kwiaty żeńskie (pistillate) pojawiają się z liśćmi i są zielonkawe pionowe kotki, około 3/4 do 1-1/4 cala długości, z powrotem z końcówki na tych samych gałązkach, co kwiaty męskie, zazwyczaj. Mają jajnika, para stylów, ale nie kielicha lub płatków. Kwiaty żeńskie są w grupach po trzy, przesłonięte przez przylistek. Kotki są również określane jako „aments”.
Owoce: Zapylanie odbywa się przez wiatr. Kwiaty żeńskie dojrzewają do krótkiej łodygi pionowo cylindryczny stożek non-wody, brązowawy kolor z wielu owłosionych 3-lobed łuski. Przylistki kwiatów stały się suchymi łuskami w okresie dojrzałości, każda łuska ma trzy owłosione 2-skrzydłowe nasiona (lub orzechy) dołączone, które rozprzestrzeniają się przez wiatr i wodę wczesnym latem do następnej wiosny. W wilgotnych glebach nasiona szybko kiełkują. Młode drzewa nie tworzą nasion. Nasiona są około 375,000 na funt.
Siedlisko: Brzoza rzeczna rośnie w pobliżu źródeł wody w wilgotnej bogatej glebie, słabo zdrenowanej lub dobrze zdrenowanej. Przystosowała się do nasadzeń krajobrazowych z dala od wody i rośnie dobrze, jeśli zapewniona jest odpowiednia wilgotność. Konieczne jest pełne słońce – nie jest tolerancyjna na zacienienie. Nie rozprzestrzenia się z korony korzeniowej, ale kiełkuje ponownie z pniaka. Gatunek ten jest czasami narażony na antraknozę liści.
Nazwy: Rodzaj, Betula, jest łacińskim słowem oznaczającym brzozę. Gatunek, nigra, jest łacińskie słowo na „czarny”, i odnosi się do prawie czarny kolor starej kory i tam zaczyna się zamieszanie w nazwach zwyczajowych. W XIX wieku gatunek ten był czasami nazywany Betula rubra, co odpowiada alternatywnej wspólnej nazwie „Red Birch” i odnosi się do czerwonawego odcienia złuszczającej się kory. Inna alternatywna nazwa „Black Birch” nie powinna być stosowana, ponieważ jest ona bardziej odpowiednia dla brzozy brodawkowatej, B. lenta, tak jak to miało miejsce w XIX wieku. Dlatego też przyjęła się nazwa „brzoza rzeczna”, która w pewnym sensie zgadza się ze starszą nazwą „brzoza wodna”, stosowaną ze względu na powinowactwo tego gatunku do siedlisk łęgowych. Sama nazwa „brzoza” pochodzi od starokrzyżackiego słowa. Nazwa autora klasyfikacji roślin – „L.” odnosi się do Carla Linnaeusa (1707-1778), szwedzkiego botanika i twórcy nomenklatury dwumianowej współczesnej taksonomii.
Porównania: Kora brzozy rzecznej złuszcza się w inny sposób niż kora brzozy papierowej, gdzie tekstura jest bardziej jednolita, a złuszczanie przebiega od paska do arkusza. Również kora brzozy papierowej, B. papyrifera, jest biaława, bez ciemnych bruzd występujących w starszej korze. Poniżej znajduje się porównanie liści.