芝麻的茎直立，主茎中上部和分枝呈方形。茎的基部和顶部略呈圆形。茎秆一般为绿色，个别品种为紫色。成熟时通常转变为黄色或黄绿色，少数品种仍保持绿色或基部变为紫色或出现紫斑。茎秆上被长短稀密不等的灰白色茸毛。茎的颜色和茸毛是识别品种的重要标志。
芝麻茎粗约2.5厘米。主茎高度一般为0.8~1.5米，但因品种和受环境因素的影响相差很大，高者可达2.4米，低者仅30~40厘米。
芝麻主茎由许多节和节间构成。节是产生叶、腋芽、分枝、花序和蒴果的部位。一般节数随植株的高度而增加，植株高大，则节数较多，植株短小则节数较少。主茎节数因品种和生育期长短而异，一般为20~40个节。节间是各节之间的部分，节间长度与单株结蒴有关，节间长则结蒴稀，节间短则结蒴密。主茎的节间长短因品种不同而有很大差异，平均为3~4厘米。主茎基部的节间较短，中部节间逐渐加长，上部节间又变短。分枝的节间长度都长于主茎。一般植株高大、节间短、节数多而结蒴量增加，是提高种子产量的有利性状。
芝麻主茎的分枝习性因品种不同可分为单秆型和分枝型两种类型。主茎不分枝者为单秆型，有分枝者为分枝型。分枝型又可根据分枝的多少细分为3种类型：分枝7个以上的为多枝型，4~6个分枝的为普通分枝型，2~3个的为少分枝型。但分枝的多少常随种植密度和栽培措施的影响而变化。
