Volwassen koolmezen zijn circa 14 cm groot, hebben een spanwijdte van 22 tot 25 cm en een gewicht van gemiddeld 17 gram. De koolmees heeft een zwarte kruin, witte wangvlekken, een gele borst en daarop overlangs een zwarte band. Mannetjes zijn te herkennen aan de bredere zwarte band en aan de grotere hoeveelheid zwart tussen de poten en meer glans op de kop. Koolmezen zien elkaar anders dan wij ze zien. Deze groep van vogels kan n.l. heel goed uv-licht waarnemen, in tegenstelling tot de mens en de meeste andere dieren. Uv-gevoeligheid dient om soortgenoten makkelijk te onderscheiden, maar toch niet op te vallen voor roofdieren, die geen uv-licht kunnen waarnemen. Een vrouwtjeskoolmees selecteert haar partner ook op grond van uv-licht: hoe meer uv-weerschijn, hoe beter. Vooral het zwarte bandje/streepje dient om indruk te maken. Daarnaast moet het mannetje ook bewijzen dat hij kan dansen, zingen en haar voeren. Het geschatte aantal koppels koolmezen in Nederland staat op ongeveer 600.000 en stijgt nog steeds. De gemiddelde leeftijd van een koolmees in goede levensomstandigheden bedraagt ongeveer 10 jaar.