Крупные кремовые или молочно-белые чашевидные цветки достигают 22 см в поперечнике, расположены поодиночке на концах ветвей. Простой венчиковидный околоцветник состоит из 6— 9 лепестков, расположенных в три круга. Плод — отдаленно напоминающая шишку хвойных растений многолистовка.

Магнолия лекарственная обладает сходным с магнолией крупноцветковой (Magnolia grandiflora L.) химическим составом и внешним обликом, различаясь существенно лишь ареалом распространения в природе. Если магнолия крупноцветковая является характерным ботаническим видом в североамериканской флоре (и разводится сегодня в садах и парках Европы, в том числе в южной части Украины), то естественный ареал магнолии лекарственной ограничен Западным и Центральным Китаем, где она и введена в культуру.

Эфирное масло содержится во всех частях дерева. Особенно много его в ароматных цветках. В листьях магнолии содержится чуть более 0,5 % эфирного масла, содержащего, помимо сесквитерпенов, монотерпены, цитраль, цинеол. Кроме эфирного масла, в листьях присутствуют также флавоновые гликозиды, в том числе рутин, и ряд алкалоидов.

В медицине применяется жидкий экстракт магнолии, оказывающий гипотензивное действие, причем стойкое и длительное снижение артериального давления сопровождается уменьшением сердцебиения и боли в области сердца.