Tổ chức cơ thể của tảo rất đa dạng, từ dạng rất đơn giản đến các dạng phức tạp. Có loài tảo đơn bào, cơ thể đơn giản chỉ gồm một tế bào, có kích thước nhỏ (như Chlamydomonas); có loài cơ thể đa bào, kích thước khổng lồ như tảo bẹ, tảo vòng... Các cấp độ tổ chức cơ thể của tảo phổ biến là dạng đơn bào (monad), dạng amíp (amoeboid), dạng tập đoàn (colonial), dạng palmella, dạng hạt (coccoid), dạng sợi (filamentous), dạng bản (thalloid), dạng ống (siphonous)... 

Vách tế bào của tảo được được cấu tạo nên từ cellulose và pectin. Một vài ngành Tảo như Tảo silic, Tảo vàng ánh vách tế bào thấm thêm silic, hoặc Tảo vòng, Tảo đỏ vách có thêm canxi cacbonat. Mỗi tế bào có 1 nhân, đối với tảo đa bào có cấu trúc hợp bào như Caulerpa vách ngăn giữa các tế bào tiêu biến, cơ thể gần giống như 1 tế bào có nhiều nhân. Trong chất nguyên sinh có lục lạp (chloroplast) có hình dạng khác nhau như hình bản, hình sao, hình dải, hình mạng lưới, đĩa, hạt… và ổn định với từng chi. Thể màu được bao bọc bởi màng kép cơ bản, một số tảo còn có 1 đến 2 màng cơ bản của mạng lưới nội chất bao bọc thể màu. Trong thể màu có các tấm thilacoid riêng biệt hoặc xếp 2-3 tấm chồng lên nhau. Một số tảo, thể màu có những thể nhỏ là hạch tạo bột, chung quanh có các hạt tinh bột lắng tụ (ở Tảo lục, Tảo vòng). Chất dự trữ của các ngành tảo cũng có sự khác nhau, chúng là các hydratcacbon đặc biệt (chrysolaminaran, amylodextrin…) nằm ở trong hoặc ngoài thể màu.

Nhiều dạng tảo đơn bào còn có roi có cấu tạo giống với roi của các sinh vật có nhân thật khác, số lượng có thể là 1, 2 hoặc nhiều. Các roi này xuất phát từ đầu cùng của tế bào hoặc giữa thân tế bào, có chức năng vận chuyển. Roi có cấu tạo giống với roi của các sinh vật có nhân thật. Cấu trúc roi ở các ngành tảo cũng rất khác nhau. Đây là đặc điểm để phân tảo thành các ngành khác nhau. Lông trên roi có thể chia làm 2 loại chính: một loại lông mềm do màng nguyên sinh chất kéo dài, loại thứ dạng mastigoneme – lông được chia làm 3 phần: gốc, thân và đỉnh. Lông dạng mastigonneme thường gặp ở ngành Phaeophyta, Bacillariophyta, Xanthophyta, Chrysophyta, Eustigmatophyta, Cryptophyta. 

Một số Tảo còn có một chấm đỏ ở gốc roi gọi là điểm mắt (stigma) – là cơ quan thụ cảm ánh sáng chúng được cấu từ các giọt carotenoid. Ngoài ra một số tảo đơn bào nước ngọt có không bào co bóp, đây là cơ quan dùng để đưa nước trong cơ thể ra ngoài môi trường nhằm duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào. 

Tảo cũng rất đa dạng trong sinh sản gồm nhiều hình thức sinh sản khác nhau như sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính, nhiều tảo có sự xen kẽ thế hệ.

Sinh sản sinh dưỡng là hình thức thường gặp ở nhiều ngành tảo, cơ thể con được hình thành từ những phần riêng rẽ của cơ thể mẹ. Đối với hình thức sinh sản này không có sự chuyên hóavề chức năng sinh sản (không hình thành cơ quan sinh sản). Ở các tảo đơn bào, sinh sản sinh dưỡng thực hiện bằng cách phân đôi tế bào. Đối với các tảo tập đoàn có một số tế bào phân chia nhanh hình thành những tập đoàn nhỏ bên trong tập đoàn mẹ (ở tảo Volvox, tảo lưới Hydrodiction). Tảo dạng sợi sinh sản sinh dưỡng bằng cách đứt đoạn gọi là tảo đoạn hay hình thành chồi  ở Tảo vòng (Chara).

Sinh sản vô tính bằng bào tử là hình thức sinh sản phổ biến ở nhiều tảo. Quá trình sinh sản được thực hiện bằng các bào tử chuyên hóa, có roi (bào tử động) hay không roi (bào tử bất động) được hình thành trong túi bào tử, về sau bào tử nảy mầm thành tản mới. Ở Chlamydomanas thuộc bộ Volvocales lớp Chlorophyceae, khi hợp tử nảy mầm và giảm nhiễm sẽ tạo ra ít nhất là bốn động bào tử. Các động bào tử này sống tự do, chúng lớn dần lên tạo thành các tế bào sinh dưỡng mà kích thước và hình dạng của chúng điển hình cho loài.

 Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản có sự kết hợp của những tế bào chuyên hóa là giao tử, hình thành trong các túi giao tử đơn bào. Sinh sản hữu tính ở tảo bao gồm cả ba hình thức đẳng giao, dị giao và noãn giao. Ở những tảo chưa tiến hóa, sinh sản hữu tính là đẳng giao. Giao tử đực và giao tử cái có hình dạng và kích thước giống nhau và đều có thể chuyển động được. Những tảo đơn bào như Dinobryon, Chlamydomonas, Cryptomonas...mỗi tế bào dinh dưỡng đóng vai trò như các giao tử chuyển động, các giao tử thuộc các dòng (tập đoàn hay tản) khác nhau mới có thể kết hợp với nhau để tạo thành các hợp tử. Trong quá trình kết hợp, ban đầu có sự hòa tan màng và tế bào chất sau đó xảy ra sự kết hợp nhân.Nếu một trong hai giao tử chuyển động lớn hơn giao tử kia thì quá trình sinh sản hữu tính được gọi là sinh sản hữu tính dị giao. Giao tử lớn hơn là giao tử cái, giao tử nhỏ hơn là giao tử đực. Hình thức sinh sản hữu tính tiến hóa nhất ở tảo là noãn giao (oogamy). Trong trường hợp này giao tử đực nhỏ, chuyển động được gọi là tinh trùng (hoặc giao tử đực không có roi gọi là tính tử). Giao tử cái lớn hơn và không chuyển động được gọi là noãn cầu. Tế bào trong đó hình thành tinh trùng gọi là túi tinh còn tế bào chứa noãn gọi là túi noãn. Tinh trùng chuyển động chủ động thụ tinh với noãn tạo thành hợp tử. Hình thức sinh sản này gặp ở nhiều nhóm như tảo lục, tảo nâu... 

Ngoài ra ở tảo còn có quá trình sinh sản hữu tính đặc biệt theo lối tiếp hợp (Zygogamy), trong đó hai tế bào dinh dưỡng liên kết với nhau bằng các ống tiếp hợp, không có sự phân hóa bên trong thành các giao tử đực và giao tử cái. Hình thức sinh sản này thường gặp ở lớp Zignematophyceae (Chlorophyta), điển hình ở tảo Spirogyra, Zignema, Closterium,…Hiện nay nhiều tác giả tách chúng thành một ngành riêng là Gamophyta (còn được gọi là Conjugaphyta).