西瓜的种子为无胚乳种子，种子外形扁平呈卵圆或长卵圆形。种皮颜色有褐、红、橙、黑、白等多种色泽，表面有裂纹、麻点类型和平滑类型。西瓜种子的千粒重小粒约20克左右，大粒超过100克。一般30～80克为中粒种子，小于30克为小粒种子，大于80克为大粒种子。
发育成熟的种子分外种皮、内种皮和胚三部分。种皮外表第一层为坚硬透明的角质层，能防止细菌和水分进入种壳，起保护作用。向内第二层为栅栏组织层，干燥时收缩，吸水后膨涨，种子外表褐、红、黑、白等各种颜色由栅栏组织中所含色素种类和数量决定。再向内第三层为皮下及原壁细胞组成的保护组织层，最内层为薄壁细胞组织层。
西瓜种子的种胚由子叶、胚芽和胚轴组成，因无胚乳大量营养物质均贮于肥大的两片子叶中，用于供给种子发芽和幼苗早期生长所需的能量。
西瓜子叶中含的营养物质主要为：脂肪 42.6%，蛋白质 37.9%，糖 6.33%。
西瓜种子没有明显休眠期，新采收的种子含水量为47%，条件适宜时即能发芽生长。但由于西瓜的果肉中含有抑制种子发芽的物质，且果实成熟度越低时抑制作用越强，故新采收的种子发芽率较低，通常需贮藏半年后待抑制物质的作用自然消失，可不影响播种后的发芽率。
干燥的种子含水量通常小于15%，吸水24小时后可达水分饱和态，一般吸水6~8小时后，含水量在70%以上时种胚中的细胞原生质即逐渐由凝胶态转变成溶胶态，细胞的呼吸作用和酶的活性增强，子叶中所含大分子化合物被酶分解为小分子化合物，并随之释放出能量供应种子发芽。
西瓜种子的贮藏寿命常温下晒干保存为3年，当种子含水量小于8%，温度小于10℃，空气相对湿度小于50%，则可贮藏6年以上。
