La mésange charbonnière a les parties inférieures jaunes avec une bande centrale noire partant du menton jusqu'à l'abdomen. Sur les parties supérieures, le dos est verdâtre. Les ailes sont bleu grisâtre avec une barre alaire blanche. La queue est bleu-gris avec les rectrices externes blanches.
La tête est bleu-noir luisant avec les joues blanches. Les yeux sont noirs. Le bec court est noirâtre. Les pattes et les doigts sont bleu-gris clair.
La femelle a une bande noire plus étroite sur la partie inférieure.