马铃薯的茎分地上和地下两部分。地上茎绿色或附有紫色素，主茎以花芽封顶而结束，代之而起的为花下两个侧枝，形成双叉式分枝。茎上有棱3～4条，棱角突出呈翼状。茎上节部膨大，节间分明。节处着生复叶，复叶基部有小型托叶。多数品种节处坚实，节间中空。马铃薯每个叶腋中都能发生侧芽，形成枝条。早熟品种分枝力弱，一般从主茎中部发生1～4枝；晚熟品种分枝多而长，一般从主茎基部发生。株势的强弱反映种薯质量、栽培条件、技术合理程度等。

马铃薯的再生能力很强，在适宜的条件下，每个茎节都可发生不定根，每节的腋芽都可形成新的枝条。在生产中，利用这一特点，采用剪秧扒豆、育苗掰芽、剪枝扦插、压蔓等方式增加繁殖倍数。

地下茎包括主茎的地下部分、匍匐茎和块茎。主茎地下部分可明显见到8个节，少数品种具6个节，节上着生退化鳞片叶，叶腋生出匍匐茎，顶端有12或16个节间短缩膨大形成块茎。与匍匐茎相连的一端叫薯尾或脐部，另一端叫薯顶。块茎是变态的茎，具有茎的各种特性，表面分布很多芽眼，每个芽眼有一个主芽和2个以上副芽。主芽先萌发，副芽一般处于休眠状态，主芽受伤害后副芽萌发。薯顶着生的芽眼多而密，发芽早而壮，这种现象叫顶端优势。顶端优势的形成是因为块茎顶部含有丰富的水分、转化淀粉和蛋白质。薯内的皮层与髓之间的维管束环是块茎的输导系统，它与匍匐茎的维管束环相连，通向各个芽眼。茎叶制造的有机物质和根系吸收的水分、养分由维管束环运到块茎各个部位。皮层和髓部薄壁细胞中贮藏的养分也通过维管束环向芽眼输送。维管束多集中在块茎顶部，并与髓直接相通，所以养分首先向顶芽和主芽输送。因此，顶芽和主芽具有萌芽早、发芽势壮的优势。