西瓜的种子由种皮和胚组成。种皮坚硬，其内有一层膜状的内种皮。胚由子叶和胚组成，子叶肥大，贮藏大量的养分。
西瓜的种子扁平，种子形状呈宽卵圆形或矩形，具有喙和眼点。种皮表面平滑或有裂纹，有的具有黑色麻点或边缘具黑斑，分为脐点部黑斑、缝合线黑斑和全部具褐色斑点。种皮的色泽变化很大，可分为白、黄褐、褐、深褐、黑、红、淡绿等，不同品种的种皮色泽与深浅均有差异。
西瓜种子的大小差异悬殊。根据对国家西瓜甜瓜种质资源中期库内800份西瓜种质的种子调查表明：大粒种子每粒重达200mg以上，而小粒种子只有10mg左右，其纵径范围为4.5～16.7mm，横径为2.7～12.0mm，厚度为1.6～3.6mm，种子千粒重多在20.0～200.0g之间。根据种子大小可将西瓜品种分为大籽型品种和小籽型品种。中国各地的传统地方品种多数为大籽型品种，种子千粒重在77～105g之间；东亚生态地理型品种的种子多数为小籽品种，种子千粒重在33.5～55g之间；各地的籽瓜（打瓜）品种的种子最大，千粒重可达250g以上。
种胚的饱满程度和种子内贮藏养分的多少与其种子发芽和幼苗初期生长密切相关。小籽型品种的种胚比率较高（55.5%～60.4%），大籽型品种种子的种皮较厚，种胚比率较低（40.9%～51.1%），但大籽种胚的绝对重量较高，因此，其种子的出苗率高、幼苗也较大而粗壮。