A molyhos nyír nagy bokor vagy kisebb fa, de 15-25 méter magasra is megnőhet. A közönséges nyírhez hasonlít, de koronája kevésbé karcsú. Citológiai eltérések is vannak köztük, a közönséges nyír diploid, míg a molyhos nyír tetraploid kromoszómaszámú. Ágai gyakran kissé csavartak, meredeken felállók, felül szétterülnek, a vesszők vége nem bókol. A kéreg világosbarnás, helyenként ezüstfehér is lehet, de a törzs alsó részén nem találunk rajta sötét színű, repedezett, varas mezőket, mint a közönséges nyírnél. Levelei csak egyszer fűrészes szélűek, körvonaluk kerekdedebb, inkább tojás, mint rombusz alakúak, a közepükön és nem az alsó harmadukon vagy a válluknál a legszélesebbek. Fonákjukon, az érzugokban pelyhes szőrösek.