Atrichum undulatum est une mousse acrocarpe assez robuste. Les tiges non ramifiées, dressées, atteignent 7 cm de hauteur. Elles portent des feuilles étroitement lingulées à lancéolées, non rétrécies à la base, d'un peu moins d'1 cm de longueur pour une largeur d'environ 1,5 mm. Ces feuilles, crispées à l'état sec, sont ondulées transversalement quand les plantes sont humides ; la marge nettement différenciée, est dentée dans les deux tiers supérieurs, tout comme les ondulations de la face dorsale. La nervure, atteignant l'apex, est surmontée de trois à six lamelles de deux à sept cellules. Les cellules du limbe, isodiamétriques à hexagonales allongées, mesurent de 20 à 40 µm de largeur. Les plantes sont autoïques et portent régulièrement des capsules cylindriques de 4 à 5 mm de longueur, plus ou moins arquées et inclinées au sommet d'une soie de 1 à 3 cm de hauteur.