Le sequoie americane sono gli alberi più grandi del mondo in termini di volume: più massicce delle sequoie della California (Sequoia sempervirens) ma meno alte rispetto a queste. Solo sette esemplari di Sequoiadendron giganteum superano tuttavia i 1200 m³ del Lost Monarch, un gigantesco esemplare di Sequoia sempervirens.
La sequoia americana può raggiungere i 95 m di altezza ed avere un diametro basale (molto allargato rispetto alla parte superiore al colletto) di oltre 9 m. Non si hanno informazioni certe sulla longevità di questi alberi, ma le analisi dendrocronologiche permettono di fissare per la massima età raggiunta un limite inferiore di circa 2200 anni.
Il portamento è conico simmetrico, con i rami che scendono verso il basso. La corteccia è di colore rosso scuro. Ha foglie aghiformi (lesiniformi, quasi squamiformi), di colore verde scuro, lunghe 5-6 mm, che ricoprono tutto il rametto; i microsporofilli, di colore giallo-marrone, sono riuniti in amenti ascellari e terminali, i macrosprofilli sono verdi, in amenti apicati.
Gli strobili ovali di 6-8 cm per 4-5 di diametro sono costituiti da scaglie peltate (termine proveniente dal nome dell'antico scudo greco, πέλτη), con scudo romboidale. Maturano in due anni.
Il legno della sequoia gigante è molto resistente alla decomposizione, ma è fibroso e fragile, il che lo rende inadatto a uso edile.
Dall'ultimo ventennio del diciannovesimo secolo fino agli anni venti del ventesimo secolo molte sequoie vennero abbattute a scopo commerciale, ma con scarso guadagno, visto che a causa della loro fragilità e all'altezza degli alberi stessi molti tronchi si frantumavano rendendoli inutilizzabili. I boscaioli cercarono di attutire l'impatto con strati di rami tagliati da altri alberi ma nonostante ciò fino al 50% del legname andava sprecato.
Il legno veniva perciò utilizzato solo per fabbricare staccionate, tegole in legno e perfino fiammiferi, uno scopo umile per un albero di una tale mole che spinse l'opinione pubblica a richiedere la protezione di questi maestosi giganti.
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