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Vivace de la famille des Gentianacées, la gentiane des marais est largement répandue en Europe, de la péninsule Ibérique jusqu'en Sibérie occidentale. Elle n'est pas une plante montagnarde mais une espèce de plaine et de basse altitude, inféodée aux landes humides, tourbières de transition, prairies maigres acides et bords de fossés, sur sols pauvres, acides et constamment frais à humides.
Elle forme des touffes dressées de 20 à 40 cm, à tiges grêles portant des feuilles linéaires très étroites, vert foncé, sessiles, opposées, d'aspect presque graminéen, qui lui donnent une silhouette légère et élancée tout à fait distincte des gentianes alpines.
Les fleurs, portées à l'aisselle des feuilles supérieures et au sommet des tiges, sont tubuleuses-campanulées, d'un bleu intense à bleu-violet profond, avec cinq lobes dressés à peine étalés et des ponctuations vert pâle à verdâtres à l'intérieur du tube, visibles à l'ouverture de la corolle. La couleur est parmi les bleus les plus saturés du genre.
Dans son milieu naturel, sa floraison s'étend de juillet à septembre. En culture, elle fleurit de août à octobre selon les conditions.
Espèce protégée dans plusieurs pays européens en raison du déclin des landes humides, elle est aussi l'unique plante hôte de la chenille du papillon Maculinea alcon, ce qui en fait une espèce clé dans certains écosystèmes. En culture, elle exige un sol acide, pauvre, constamment humide, en plein soleil ; elle supporte mal la concurrence des plantes vigoureuses.