Nazwa buk pochodzi od anglosaskiego boc oraz starogermańskiego Buche, stąd m.in. angielskie słowo book, oznaczające książkę. W Skandynawii pierwsze manuskrypty spisywano na cienkich bukowych tabliczkach, oprawionych w bukowe okładki.

Dorasta do ok. 25–30 m wysokości, wyjątkowo 50 m. Korona młodszych drzew smukła, starszych gęsta, szeroka, nisko osadzona, jeżeli drzewo rośnie samotnie. U drzew rosnących w zwartych drzewostanach pnie są wysokie, gonne (bez bocznych gałęzi). Konary i większe gałęzie zwykle stromo wzniesione, na końcach nieznacznie zwisające.

Pień dobrze widoczny przynajmniej do połowy korony, dalej dzieli się na potężne konary. Kora cienka, gładka, popielatoszara. Z wiekiem staje się nieco szorstka, nigdy jednak nie bywa spękana i nie łuszczy się, może być nieco falista lub porysowana. Młode pędy owłosione.

Liście skrętoległe, jajowate lub eliptyczne dorastające do 10 cm długości i 5 cm szerokości, całobrzegie lub falisto ząbkowane (zwłaszcza na odroślach i siewkach). Z wierzchu ciemnozielone, błyszczące, od dołu jasne i matowe. 

Owoce trójgraniaste, brązowe orzeszki nazywane bukwią z miękko owłosioną, zdrewniałą torebką, pękającą na drzewie. Mają do 2 cm długości. Ziarna są ciężkie, co utrudnia transport przez wiatr na większe odległości, skutkuje to lokalnym rozrastaniem się buczyn. 

Owocuje obficie co 5–8 lat (tzw. lata nasienne), poczynając mniej więcej od 60–80 roku życia (drzewa rosnące w odosobnieniu zaczynają owocować w wieku 40–50 lat). Okrywy orzechów pękają wczesną jesienią. Nasiona kiełkują tylko gdy są przykryte ściółką leśną. Należą do nasion kiełkujących w ciemności. Opadły na wilgotną ziemię orzeszek pęcznieje i wkrótce wyrasta z niego korzonek, który wnika w glebę. Kilka dni później rozwijają się dwa zielone liścienie, pomiędzy którymi znajduje się delikatny pęd, który rosnąc przez lato, wykształca pierwsze liście właściwe. Młode rośliny doskonale znoszą zacienienie. W rozprzestrzenianiu buka zwyczajnego uczestniczą zwierzęta m.in. sójki i wiewiórki.

Gatunek ten jest wśród drzew najbardziej wydajnym producentem ściółki. Jego liście zawierają duże ilości związków wapnia, dzięki czemu powstająca z nich próchnica wzbogaca glebę w substancje pokarmowe i przeciwdziała wyjaławianiu. Współcześnie buk jest najlepiej przystosowanym do panujących warunków przyrodniczych drzewem liściastym w zachodniej części Europy Środkowej. Tworzy również większość naturalnych lasów zachodniej Europy. 

Osiąga wiek ponad 400 lat (np. w dolnym reglu Babiej Góry), a w południowej Europie nawet ponad 500 lat. Drzewostany bukowe w Polsce zajmują powierzchnię około 341,6 tysięcy hektarów, jest to około 4,9% powierzchni leśnej kraju i 21,3% powierzchni drzewostanów liściastych. Lubi dość wysoką wilgotność powietrza. Jest wrażliwy na wiosenne przymrozki, dlatego brak naturalnych stanowisk w centralnej i wschodniej Polsce. Rośnie na glebach żyznych, napowietrzonych i wilgotnych, ale nie podmokłych. Odznacza się dość wysokimi wymaganiami glebowymi.

Charakteryzuje się dużą tolerancją poziomu zakwaszenia gleby – występuje zarówno na glebach silnie kwaśnych (gleby brunatne), jak i o odczynie zasadowym (gleby wapienne). W północnej Europie występuje w niskich położeniach do 650 m, im dalej ku południu tym rośnie wyżej. Optimum rozwoju buczyn w Karpatach przypada na górną część regla dolnego, tj. około 800–1150 m n.p.m. (w Tatrach buk dochodzi maksymalnie do 1250 m). Na Pomorzu Zachodnim jest głównym składnikiem niektórych kompleksów leśnych (np. Puszcza Bukowa pod Szczecinem). Tworzy buczyny, w których dominuje, rośnie też licznie w grądach, mniej licznie w łęgach i dąbrowach. 

Przez lata uważano, że buczyny w Polsce nie są znacząco zagrożone pod względem zdrowotnym, ponieważ występują na siedliskach zgodnych z wymaganiami ekologicznymi, są rodzimego pochodzenia, ulegają nielicznym chorobom infekcyjnym. Jednak w latach 80. ubiegłego wieku w wielu krajach zaczęto obserwować zjawisko pogarszania się stanu zdrowotnego lasów. Czynnikiem odpowiedzialnym za zamieranie drzewostanów bukowych jest „zgorzel kory buka”, która pojawia się w zwiększonym nasileniu w różnych częściach Europy co kilkanaście lat. Stwierdzone procesy chorobowe są potencjalnie dużym zagrożeniem, które może stać się realne przy sprzyjających ich rozwojowi warunkach.

Roślina lecznicza i jadalna

Napar z liści zawierających kwasy fenolowe, saponiny i flawonoidy działa przeciwzapalnie i odkażająco. Z bukwi wytwarza się olej leczniczy, palny i techniczny. Młode liście są jadalne, mają orzechowy smak, z czasem gorzknieją i twardnieją. Mogą być wykorzystywane jako dodatek do sałat liściowych, sałatek warzywnych i zup. Zawiera również trimetyloaminę (faginę), alkaloid, który w większych ilościach ma działanie halucynogenne i toksyczne.

Bukiew jest bogata w tłuszcz, który po wyciśnięciu służyć może do karmienia świń, z tego powodu jest też chętnie zjadana przez dziki i ptaki oraz magazynowana przez myszy i wiewiórki. Liście stanowią dobrą paszę dla zwierząt.

Drewno twarde, ciężkie i spoiste, beztwardzielowe o barwie różowawej z rdzeniem fioletowym, nie zróżnicowanym na biel i twardziel. Ma bardzo duże zastosowanie w technice. Dostarcza doskonałego materiału meblowego, nadaje się także na parkiety, sklejki i płyty wiórowe. Produkuje się z niego beczki, skrzynki, narzędzia, części maszyn i przyrządów sportowych, oraz wiele przedmiotów codziennego użytku. Przemysł chemiczny wytwarza z niego papier, ocet drzewny, węgiel drzewny i olej smołowy. Nadaje się do toczenia. Ma dużą wartość opałową. Jednym z ważnych produktów przeróbki drewna bukowego jest węgiel drzewny.

Roślina ozdobna – drzewo parkowe, używane także do zadrzewień przy drogach. Istnieje wiele odmian ozdobnych. Nadają się na żywopłoty i szpalery. Martwe liście utrzymują się na gałęziach zimą, co zapewnia dodatkową ochronę przed wiatrem. Leśnicy wykorzystują je do pielęgnowania drzewostanów sosnowych. Ocieniając pnie sosen, buk przyspiesza odpadanie gałęzi sosnowych, co podnosi jakość drewna, a ściółka bukowa niweluje niekorzystny wpływ, jaki niekiedy wywiera na glebę ściółka sosnowa. Z wiór bukowych wytwarzano dawniej mocny ocet, z kolei popiołu z drewna bukowego używano do prania bielizny.

Najlepiej rośnie na żyznej, próchnicznej oraz dość wilgotnej glebie, w miejscach słonecznych i półcieniu.

Buk był opisywany przez starożytnych uczonych, Rzymianie uważali go za drzewo szczęśliwe, symbol miłości, płodności i cierpliwości.