子实体是由菌丝扭结形成的结构，是双孢菇的繁殖器官，其主要功能是产生孢子。同时，子实体也是双孢菇栽培收获的主要产品。
双孢菇是典型的伞状菌，其子实体伞形，主要由菌盖、菌褶、菌环、菌柄及根状菌索组成。
成熟双孢菇菌盖直径在4～12厘米，初期半球形，后平展，白色，光滑；干时渐变淡黄色。在生产中要求菌盖呈球形或半球形，色白、肉厚、饱满、结实。菌盖由菌肉和菌褶两部分组成。菌肉白色，肉质较厚，受伤后略带淡红色。菌肉组织致密，由分化了的菌丝组成，是食用的主要部分。菌肉厚薄是决定双孢菇品质好坏的关键。菌褶着生于菌盖的下面，呈刀片状，放射状排列，密集，狭窄，离生，不等长；初期为白色，逐渐变粉红色，成熟开伞后转为暗褐色或黑褐色。菌褶两面为子实层，由棒状的担子细胞排列而成。子实层是孕育孢子的结构，孢子是双孢菇有性繁殖的基础。一般每个担子细胞顶端产生两个担孢子，双孢菇也因此得名。
菌柄着生于菌盖中央，白色，光滑，近圆柱形，有时有丝状光泽，中实，一般直径1.5～4.5厘米，长5～10厘米。菌柄的作用是支撑菌盖并作为水分和营养向菌盖输送的通道。生产中要求菌柄短而粗壮，无空心。
在菌盖未开伞时，连接菌盖边缘和菌柄之间的一层薄膜称为内菌幕。随着子实体成熟度的增加，内菌幕逐渐拉开变薄，最后破裂。内菌幕破裂后残留在菌柄上形成的一个膜质的环状物称为菌环。菌环单层，膜质，白色，生于菌柄的中部，易脱落。菌环在分类学上具有十分重要的价值。
在生产中，当内菌幕即将破裂时是采收的最佳时机，采收过早影响产量，采收偏晚，内菌幕破裂后露出红褐色的菌褶，降低双孢菇的商品性状，同时双孢菇的风味也大大降低。