Wie bei allen Pappeln unterscheiden sich die Laubblätter von Lang- und Kurztrieben eines Exemplares erheblich voneinander. Laubblätter an Kurztrieben weisen eine rhombische, an Langtrieben eine rhombisch-eiförmige Form auf. Das erste Nebenaderpaar der Blattadern verzweigt sich direkt am Übergang zwischen Blattstiel und Blattspreite von der Hauptader (Wolterson-Effekt).
Die Schwarz-Pappel ist zweihäusig getrenntgeschlechtig (diözisch); es gibt also männliche und weibliche Bäume. Viele Blüten stehen in sogenannten Kätzchen zusammen, die noch vor dem Austrieb der Laubblätter erscheinen. Die männlichen Kätzchen sind bis zu 12 Zentimeter lang und hängen schlaff herab. Sie haben zwölf bis dreißig Staubblätter, deren Staubbeutel anfangs purpurrot sind. Die weiblichen Kätzchen sind zur Reife gestreckt. Deutlich erkennbar ist der Fruchtknoten mit zwei gelben Narben.
Bereits im 2. Jahrhundert empfahl der griechische Arzt Galen eine Salbe aus den Knospen der Schwarz-Pappel gegen Entzündungen. Solche Salben finden auch heute noch Verwendung als schmerzstillender Balsam. Das glatte Holz der Schwarz-Pappel gilt als das wertvollste unter den heimischen Pappeln und ist bei Skulpturenschnitzern sehr beliebt. Gleichwohl ist Pappelholz derzeit am Markt das billigste Holz überhaupt.
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