西瓜的果实为瓠果，分果皮、果肉和种子三部分。果实由子房发育而成，果皮源于子房壁。果皮的最外层部分为排列紧密的表皮细胞组织，外侧包有角质层；向内第2部分为8～10层的叶绿素细胞组织；再向内第3部分为若干层木质化细胞组成的机械保护组织，这层组织的构造差异决定了品种间果皮硬度、裂果难易和果实耐贮运性强弱的不同。保护组织层内为中果皮，由肉质薄壁细胞组成，无色、含糖，一般不能食用。中果皮的厚度与品种和栽培条件有关，对果实耐贮运性强弱也有一定影响。

果实中的食用部分为果肉组织，由生长旺盛的胎座组织发育而成。典型西瓜子房为三心皮、一心室的多胎座果实，有3个侧膜胎座，其中着生多数种子。果实成熟后，胎座细胞的中胶层分离，细胞间隙变大，形成大量充满汁液的巨型薄壁细胞，果肉颜色由这些巨型薄壁细胞中所含色素种类和数量决定。果肉细胞中同时含茄红素和胡萝卜素的为红色果肉，红色程度受茄红素的含量影响。果肉细胞中只含胡萝卜素而无茄红素者为黄色果肉，黄色深浅受胡萝卜素的含量多少影响。果肉细胞中含黄素酮与糖结合形成的糖苷则形成白色果肉。

西瓜果实发育的外在表现为体积增大、果形和果皮色泽变化。西瓜果实重量的品种间差异很大，大果型品种的单瓜重达10kg以上，中果型品种单瓜重5～8kg，小果型品种单瓜重1～3kg。西瓜果实的发育过程中体积增长速度以雌花开放后20～25天最快，这一时期果实的体积增量占成熟时全部果实体积的90%以上，成熟前10天内果实体积变化不明显。雌花开放受精后的最初5天，体积增量仅为成熟果实的1%，但此期是该果实能否坐住的关键时期，应注意保证植株充足的营养供给。

在西瓜果实体积增长前期，以纵径生长为主，后期则以横径生长为主。成熟时的西瓜果形因品种不同有圆球形、高圆形、短椭圆形和长椭圆形等数类。在果实发育过程中如遇低温、干旱、阴雨光照不足、植株徒长和营养物质供应不足等都容易发生畸形果，坐果节位过低或过高也会产生畸形果。

西瓜果皮的颜色有绿、黑、黄、白等种，有些品种有网纹或条带，其数量和深浅受品种特性决定。品质优良的西瓜果皮颜色鲜明，能充分反映品种的固有特点，对果皮颜色影响较大的因素有光照、植株营养条件及果实成熟度等。光照不足时，果皮色泽变淡，光线照射不到的暗处果皮呈黄白色。果实受到过强阳光直射时，在果皮外表呈灼伤状，颜色变暗。果实发育不良时，果皮变白并失去新鲜光泽。

果实的内部发育主要表现在果肉颜色、肉质和含糖量等变化。果肉着色情况与品种特性和果实成熟度有关。随着果实逐步成熟，果肉颜色变深，在果实发育过程中，糖的含量和组成都变化较大，果实中总糖含量随成熟度增加而增加，葡萄糖含量变化较小，果糖含量在成熟前增加，而以蔗糖含量在果实成熟前增加最快。成熟果实的果肉硬度、沙瓤程度因品种特性、果实成熟度和栽培条件等影响较大。