Présente dans les sous-bois ombragés, cette plante herbacée de l'est de l'Amérique du Nord peut atteindre entre 30 et 80 cm de hauteur. Le pigamon dioïque a des tiges dressées, et son feuillage fin et délicat évoque celui des fougères.
Les feuilles, alternes le long des tiges, mesurent entre 10 et 20 cm, incluant le pétiole. Elles sont composées de 3 folioles ovales de 1 à 4 cm de longueur, aux marges entières et légèrement dentelées. De couleur vert tendre, elles n’ont pas de pilosité marquée, contrairement au pigamon pubescent.
Dépourvues de pétales, les fleurs sont fines et possèdent des étamines ou des pistils pendants. Elles se regroupent en panicules amples et très légers qui rappellent la forme d’un nuage.
Le fruit du pigamon dioïque est un akène, c’est à dire un fruit sec et indéhiscent (qui ne s’ouvre pas à maturité). Chaque fleur peut produire plusieurs akènes, chacun d’entre eux ne contenant qu’une semence. Les graines sont petites (3 à 4 mm) et nervurées. Elles sont de couleur brun clair à brun foncé à maturité.