Plus petite que la Mésange charbonnière (11,5 cm pour un poids de 9 à 12 g), elle se caractérise par sa calotte, son dos, ses ailes et le dessus de sa queue bleus, ses joues et son front blancs, un bandeau noir sur les yeux, sa poitrine et son ventre jaunes, ce dernier étant parfois marqué d'une très fine ligne noire.

Les sexes sont presque indiscernables dans la nature, la femelle étant seulement un peu plus terne que le mâle.

Son envergure est comprise entre 12 et 14 cm Commune, toujours très active et familière, c'est une visiteuse habituelle des mangeoires en hiver. Cette mésange est très acrobate et se suspend volontiers aux boules de suif. Elle aime également s'ébrouer dans les mares peu profondes afin de rafraîchir son plumage. Elle reste toute l'année dans son environnement, elle ne change pas d'endroit comme le ferait une hirondelle, par exemple  Elle se nourrit essentiellement d'insectes et de larves en été, de graines, de baies ou de bourgeons le reste de l'année. Puisque les parents ont besoin de nourrir quotidiennement des couvées de plusieurs oisillons, l'éclosion des œufs de mésanges bleues se produit souvent en même temps que celle des larves.

Elles entrelacent mousses et brindilles de leur logis avec de la lavande, de la menthe, des immortelles, et d'une demi-douzaine d'autres herbes odorantes, plantes connues pour contenir des composés terpèniques tels le camphre ou l'eucalyptol, et qui possèdent des qualités antiseptiques, insecticides ou fongicides. Pour repérer ces herbes très spéciales, les mésanges sont donc capables de se servir de leur odorat, ce dont on doutait pour de si petits oiseaux.

Pour mieux comprendre leur comportement, un ornithologue, Marcel Lambrechts et son équipe du Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive de Montpellier se sont installés en Corse, dans une forêt proche de Calvi qui abrite un groupe de Parus caeruleus ogliastrae. Dans la revue Ecology Letters de juillet 2002, il raconte comment, avec ses collègues, il a construit des nichoirs pour ces oiseaux appréciés par les spécialistes car ils sont peu farouches. Une fois les œufs éclos, les expérimentateurs ont prélevé les herbes aromatiques. Dans la moitié des nids, ces plantes ont été purement et simplement supprimées. Dans ce cas, les mères partaient immédiatement à la recherche de ces herbacées manquantes pour les remettre dans le nid de leurs oisillons. Mais pas n'importe lesquelles : sur un total de 200 végétaux qui entouraient les abris, elles n'en sélectionnaient qu'une dizaine. Même s'il fallait, pour les trouver, voler à 200 mètres à la ronde. Dans l'autre moitié des nids, des herbes avaient été enfouies dans de petits sacs ouverts, et cachés sous les nids. Les mésanges se contentaient alors d'en renouveler les herbes, invisibles et inodores, quand elles étaient trop sèches pour exhaler leur odeur. Cette expérience a prouvé que les mésanges savent repérer les odeurs. Jusqu'ici, on pensait que seuls les gros volatiles, comme les pétrels, les pigeons, ou les oiseaux charognards, disposaient de bulbes olfactifs assez développés pour se servir de leur odorat, en plus de la vue ou de l'ouïe. Une aptitude qui prouverait que les capacités des mésanges, et probablement d'autres petits oiseaux, sont beaucoup plus étendues qu'on ne le pensait. L'expérience a aussi mis en évidence le comportement de la mésange pour protéger son nid contre les parasites, à l'aide de plantes utilisées par l'homme dans le même but. Une couvée de 6 à 12 œufs par an (avril-mai), parfois deux. Les œufs sont blancs tachés de roux. Le nid est construit dans une cavité à orifice étroit : trou d'arbre ou dans un mur, nichoir ou boîte à lettres. Les œufs sont couvés par la femelle de 12 à 14 jours. Les oisillons séjournent 18 jours au nid et s'émancipent environ 4 semaines après.