红叶臭椿的叶子像心形，边缘锯齿密，秋天变红。叶子中间宽中间窄，像把勺子倒扣着。叶子表面光滑没绒毛，背面有白色霜粉。叶子长15-20厘米，宽10-15厘米，比普通臭椿叶子更宽大。叶子从绿变红需要40天左右，比其他红叶树早10天左右。

红叶臭椿叶子之所以像心形带锯齿，是因为它的叶脉走向和生长周期决定的。根据《中国植物志》记载，红叶臭椿的叶序是互生羽状复叶，每片小叶长圆形，叶缘锯齿每厘米3-5个，这是普通臭椿的2倍。叶子变红是因为叶绿素分解时，叶柄基部积累花青素，这个过程从9月下旬开始，到10月中旬结束，正好避开霜冻期。比如大前年山东泰安的红叶观测数据显示，当气温降到15℃以下时，叶片开始变色，变色速度比2021年快5天，说明气候变暖影响明显。锯齿密和心形叶形能减少水分蒸发，这是红叶臭椿在北方地区适应环境的特征。