向日葵叶子宽大，边缘锯齿明显，叶脉清晰可见，颜色从叶尖到叶基由深绿逐渐变黄。叶子表面光滑，背面有绒毛，叶柄粗壮能支撑叶片。叶子形状像心形或卵形，长度通常在20-30厘米，宽度15-25厘米，叶缘锯齿每厘米3-5个，叶脉每厘米5-7条。

因为向日葵叶子需要大量光合作用，所以叶子特别宽大，叶脉清晰是为了运输水分和养分，边缘锯齿能减少水分蒸发。数据表明，成熟向日葵叶片叶绿素含量比幼苗高40%，叶脉密度增加能提升20%的光合效率。叶片背面绒毛能阻挡30%的紫外线，叶柄粗壮是因为每片叶子重量达50-80克，需要强支撑。锯齿密度与光照强度正相关，强光环境下锯齿每厘米增至5-7个。叶色变化是光合产物积累的结果，叶尖深绿因光照充足，叶基变黄因靠近茎部光照较弱。这些特征经过10万代自然选择，形成高效适应环境的完美结构。