Die ausdauernde, zur Familie der Lippenblütler gehörende Pflanze wird bis zu 90 cm hoch, die Blätter riechen und schmecken vor der Blüte zitronenartig. Die gestielten, am Rand kerbig-gesägten Blätter sind am 4-kantigen Stängel gekreuzt gegenständig angeordnet. Die kleinen, blassen Lippenblüten sitzen in den Blattachseln.

Medizinisch verwendet werden die Blätter und das daraus gewonnene ätherische Öl. Melisse enthält neben den typischen Lamiaceen-Gerbstoffen und Phenolsäuren, ein ätherisches Öl u.a. mit den Terpenaldhyden Citral und Citronellal, die für den zitronenartigen Geruch verantwortlich sind sowie glykosidisch gebundene flüchtige Substanzen. Die Melisse wirkt krampflösend, beruhigend und antiviral. Sie wird daher alleine oder in Kombination mit anderen sedativ wirkenden Pflanzenauszügen bei nervös bedingten Einschlaf- sowie funktionellen Magen- und Darmstörungen eingesetzt. In der Aromatherapie wird Melissenöl ebenfalls bei Unruhezuständen und Schlaflosigkeit verwendet. Äußerlich werden Zubereitungen aus Melissenblätter in Form von Salben zur Behandlung von Herpesinfektionen der Haut ("Fieberbläschen") angewandt

Auch in der Küche findet die Zitronenmelisse zum Würzen von Süßspeisen und Getränken Anwendung.