Les caractéristiques du genre Melocactus sont les suivantes : parties végétatives globuleuses à peu colonnaires, le plus souvent généralement simples, très succulentes, de taille variable, à épiderme vert ou bleu montrant un nombre de côtes très variable ; aréoles rondes à ovales, très laineuses quand elles sont jeunes ; aiguillons aciculés, également très variables en couleur, quantité et longueur, généralement différenciables en centraux et en radiaux ; croissance de la partie végétative s’arrêtant avec la formation d’un véritable céphalium terminal, aplati, globuleux ou cylindrique, pouvant atteindre 1 m de haut, formé de petits tubercules garnis de laine blanche et de soies rouges à brunes : fleurs petites, jusqu’à 40 mm de long , nues, profondément insérées dans le céphalium duquel seul le périanthe dépasse plus ou moins ; péricarpe petit, plus ou moins globuleux à conique, nu ; réceptacle plus ou moins tubulaire avec quelques écailles ; segments du périanthe roses, rouges, orange, pourpre ; fruit nu, lisse, clavé à cylindrique, 10-50 mm de long, blanc, rose, pourpre, rouge ou bicoloré (base blanche, sommet rose, pourpre, rouge) portant les restes du périanthe ; graines plus ou moins globuleuses (0,8-2 mm), brun foncé à noires, plus ou moins tuberculées.

Coupe schématique d'un Melocactus.

Vieux specimen de Melocactus azureus montrant un cephalium particulièrement bien developpé.

Fleur de Melocactus azureus.

Fleurs de Melocactus paucispinus.

Fruit de Melocactus zehntneri commençant à sortir du céphalium.

Les fruits blancs de Melocactus uebelmanii.

Impressionnante expulsion des fruits chez un spécimen de Melocactus concinnus.

Melocactus harlowii montrant deux rejets à la base du céphalium, ce dernier ne montrant néanmoins aucun signe de dégradation.   Il est généralement admis que le corps des Melocactus ne se ramifie pas, sauf si l’apex de celui-ci ou du céphalium est détruit. Nos observations, notamment sur les populations de Melocactus du groupe harlowii à Cuba ainsi que chez certaines espèces brésiliennes, nous ont montré que l’apparition de rejets généralement apicaux pouvait se produire, parfois en quantité assez importante, sur des plantes âgées dont les zones apicales étaient intactes.

Le système radiculaire des Melocactus est généralement très développé, constitué de longues racines fibreuses qui assurent un bon « ancrage » aux plantes et qui, d’après Mauseth (1989,) permettraient de transporter l’eau rapidement sur de longues distances et en grande quantité.

Il est reconnu que de nombreuses espèces de Melocactus sont autofécondes (ou autogames). Cette stratégie leur permet de se passer d’agents pollinisateurs lorsque ceux-ci sont absents (crises biologique et/ou climatique, conquête de nouveaux milieux) alors qu’en temps normal ces mêmes agents jouent un rôle non négligeable dans la pollinisation. Chez d’autres espèces la pollinisation croisée semble au contraire indispensable. Les observations concernant la pollinisation des Melocactus indiquent que les colibris jouent un rôle important. Au Brésil, diverses observations rapportent que les oiseaux-mouches Chrysolampis mosquitus, et Chlorostilbon aureiventris ont été observés respectivement sur Melocactus zehntneri et M. salvadorensis (Locatelli & Machado, 1999 ; Taylor, 1991). Dans les Petites Antilles Hollandaises, Roger & Evans (1981) et Antesberger (1997) citent Chlorostilbon canivetti caribaeus. Les insectes et des lézards pourraient également intervenir dans la pollinisation (Taylor, 1991).

Les graines peuvent être entraînées par ruissellement après la chute des fruits au pied des plantes, mais la dispersion peut être aidée par des insectes, des oiseaux voire des reptiles ; Lodé (1996) et Machado (communication personnelle) signalent l’action de certains Iguanidés au Brésil et Antesberger (1995a,b) celle du Lézard Cnemidophorus murinus ruthveni au sein des populations de Melocactus citrispinus et M. macracanthos. La présence de (rares) spécimens « épiphytes » de Melocactus prouve bien l’absorption des fruits par des oiseaux et/ou des reptiles.