Monivuotinen ruoho. Joskus löyhästi mätästävä.
10–25 cm. Varsi rento (var. minor) tai koheneva–pysty (var. crassifolia), niukkahaarainen, kalju. Joskus itusilmullinen.
Teriö säteittäinen, valkoinen, 5–8 mm leveä; terälehtiä 5, n. 4 mm pitkiä, verholehtiä hieman pitempiä, syvään 2-liuskaisia. Verholehtiä 5, kaljuja, kalvolaitaisia. Heteitä 10. Emiö yhdislehtinen, 3-vartaloinen, 3-luottinen. Kukinto vähäkukkainen–kukat yksittäin; tukilehdet vihreitä, kaljuja.
Vastakkain, ruodittomia. Lapa kapeanpuikea–suikea–soikea, paksuhko, kalju, ehytlaitainen, vihreä.
Munanmuotoinen, vaaleanruskea–tummanruskea, 6-liuskaisesti avautuva, 4–5 mm pitkä kota.
Letot, lettoniityt, puronvarret, lähteiköt, luhtarannat, merenrannan rakkolevävallit.
Heinä–elokuu.
Merilettotähtimö (var. minor) on luokiteltu erittäin uhanalaiseksi.
Lettotähtimön yleisemmän muodon, pohjanlettotähtimön (var. crassifolia) levinneisyysalue ulottuu Etelä-Pohjanmaalta ja Kainuusta pohjoiseen; yleinen se on ainoastaan paikoin Perämeren rannikolla ja Keski-Lapissa. Se hakeutuu ajoittain tulvivien merenrantaniittyjen kaikkein runsasravinteisimpiin paikkoihin – karusta saaristosta sitä on turha odottaa löytävänsä. Sisämaassa lajin kasvupaikkoja ovat rehevien rantojen ohella lähteiköt ja ennen kaikkea Pohjois-Suomessa säästyneet letot. Lajin suosimia ravinteisimpia koivulehtoja on hävitetty runsain mitoin ojittamalla. Pohjanlettotähtimön oletetaan levinneen maahamme jääkauden jälkeen idästä ja pohjoisesta. Laji leviää paitsi siemenistä, myös verson päihin ja lehtihankoihin syyspuolella syntyvien itusilmujen avulla.
Pohjoisesta päälevinneisyysalueestaan erillinen lettotähtimön rannikkomuoto, äärimmäisen uhanalainen merilettotähtimö (var. minor), kasvaa Suomenlahden rannikolla. Etelän kasvit ovat pohjoisia sukulaisiaan rennompia, mätästävämpiä, kapealehtisempiä ja pienikukkaisempia. Suomalaiset kasvupaikat ovat merilettotähtimön pohjoisimmat Itämeren alueella ja kasvi on lienee saapunut meille meren yli Virosta. Merilettotähtimön tyypillisiä kasvupaikkoja ovat maatuvat, typpipitoiset rakkolevävallit. Itämeren rehevöityminen, rannan kosteusolojen muutokset ja rantalaidunnuksen väheneminen varjostavat harvinaisen merilettotähtimön tulevaisuutta. Vaikka esiintymillä ei olisikaan mitään välitöntä uhkaa, jokin sattumatekijä voi aina koitua hyvin pienialaisen kasvuston kohtaloksi. Kukaan ei liene selvittänyt, onko Perämeren runsaassa lehtotähtimökannassa merilettotähtimöä.
Perämerenrannoilla on tavattu satunnaisesti myös lettotähtimöä suuresti muistuttava jäämerentähtimö (S. humifusa), ilmeisesti muuttolintujen kyydissä pohjoisesta levinneenä. Hyviä erottavia tuntomerkkejä ovat jäämerentähtimön usein vain yksikukkaiset varret, selvästi suuremmat kukat, tylpät verholehdet, pienemmät lehdet ja varren lyhyemmät nivelvälit.