此诗起二句在句法上用对偶句，在作法上则用起兴的手法，以蝉声来逗起客思，诗一开始即点出秋蝉高唱，触耳惊心。接下来就点出诗人在狱中深深怀想家园。三、四两句，一句说蝉，一句说自己，用「那堪」和「来对」构成流水对，把物我联系在一起。诗人几次讽谏武则天，以至下狱。大好的青春，经历了政治上的种种折磨已经消逝，头上增添了星星白发。在狱中看到这高唱的秋蝉，还是两鬓乌玄，两两对照，不禁自伤老大，同时更因此回想到自己少年时代，也何尝不如秋蝉的高唱，而今一事无成，甚至入狱。就在这十个字中，诗人动作比兴的方法，把这份凄恻的感情，委婉曲折地表达了出来。同时，白头吟又是乐府曲名。相传西汉时司马相如对卓文君爱情不专后，卓文君作《白头吟》以自伤。其诗云：「凄凄重凄凄，嫁娶不须啼，愿得一心人，白头不相离。」（见《西京杂记》）这里，诗人巧妙地运用了这一典故，进一步比喻执政者辜负了诗人对国家一片忠有之忱。「白头吟」三字于此起了双关的作用，比原意更深入一层。十字之中，什么悲呀愁呀这一类明点的字眼一个不用，意在言外，充分显示了诗的含蓄之美。
接下来五六两句，纯用「比」体。两句中无一字不在说蝉，也无一字不在说自己。「露重」「风多」比喻环境的压力，「飞难进」比喻政治上的不得意，「响易沉」比喻言论上的受压制。蝉如此，诗人也如此，物我在这里打成一片，融混而不可分了。咏物诗写到如此境界，才算是「寄托遥深」。
诗人在写这首诗时，由于感情充沛，功力深至，故虽在将近结束之时，还是力有余劲。第七句再接再厉，仍用比体。秋蝉高居树上，餐风饮露，没有人相信它不食人间烟火。这句诗人喻高洁的品性，不为时人所了解，相反地还被诬陷入狱，「无人信高洁」之语，也是对坐赃的辩白。然而正如战国时楚屈原《离骚》中所说：「世混浊而不分兮，好蔽美而嫉妒」。在这样的情况下，没有一个人来替诗人雪冤。「卿须怜我我怜卿」，意谓：只有蝉能为我而高唱，也只有我能为蝉而长吟。末句用问句的方式，蝉与诗人又浑然一体了。
好诗，不但要有诗眼，以放「灵光」，而且有时须作「龙吟」，以发「仙声」。对照杨炯的《从军行》与杜甫《蜀相》，两诗若无「宁为百夫长，胜作一书生」，「出师未捷身先死，长使英雄泪满襟」这样的「龙吟」句殿后，直抒胸臆，剖献「诗心」，则全篇就木然无光了。此诗亦然，尾联诗人愤情冲天，勃发「龙吟」，喷出蕴蓄许久的真情：「无人信高洁，谁为表予心」，遂脱去了前三联罩裹诗句的「蝉身」，使人看到了作者洁纯无瑕的报国诚心，这颗诚心恰如其《序》所说，乃「有目斯开、不以道昏而昧其视，有翼自薄，不以俗厚而易其真。吟乔树之微风，韵姿天纵；饮高秋之坠露，清畏人知。」不以世俗更易秉性，宁饮坠露也要保持「韵姿」。正是这裂帛一问，才使《在狱咏蝉》成为唐诗的卓荦名篇，超然于初唐诸宫体艳诗之上。
这首诗作于患难之中，感情充沛，取譬明切，用典自然，语多双关，于咏物中寄情寓兴，由物到人，由人及物，达到了物我一体的境界，是咏物诗中的名作。