Шляпка 5-10 (12) см в диаметре, толсто-мясистая, изначально полушаровидная, подушко-видно-выпуклая, затем выпукло-распростертая. Кожица сухая, может слегка свисать с края шляпки, в сырую погоду слабослизистая.
Окраска неоднородная: на мышино-сером или темно-коричневом фоне имеются продолговатые подпалины желтоватого или светло-серого цвета (отмечены разновидности с кирпично-оранжевым цветом основного фона). Гименофор выемчатый, легко отделяется от мякоти шляпки, белый, светло-серый, с возрастом приобретает серо-коричневый цвет, нередко покрывается более темными пятнами; при надавливании может розоветь. Трубочки длиной 1-1,2 см, поры мелкие, угловато-округлые.
Ножка 12-15 (18) х 2-2,5 (3) см, (высота ножки зависит от высоты мха, над которым необходимо поднять шляпку), цилиндрическая, несколько утолщающаяся в нижней части, белая, густо покрытая черными или темно-коричневыми штриховатыми чешуйками.
Мякоть плотная, быстро становится рыхлой, на срезе в шляпке розовеет, трубочки слегка синеют, ножка розовеет или зеленеет, у основания приобретает серо-голубой оттенок, вкус чуть кисловатый, запах слабо выражен. Споровый порошок светло-коричневый с оттенком корицы.
Произрастает подберезовик разноцйветный преимущественно во влажных местообитаниях среди мха, в июне — октябре. Съедобен.
