Très contrastée, la mésange charbonnière a une strie noire sous les yeux qui rejoint la poitrine et des joues blanches bien visibles, entourée par une calotte noire et un dos vert.
Ses ailes bleuâtres ont une barre blanche et sa queue bleue des plumes blanches sur les côtés.
La mésange charbonnière des régions urbanisées émet des chants plus haut perchés que celle des zones rurales. Sans doute pour être plus facilement entendu au-dessus du vacarme des véhicules.
Cette caractéristique des oiseaux urbains est enracinée au point qu'ils réagissent mollement aux cris des individus d'origine rurale avec un chant plus faible. En revanche,ils réagissent vivement aux cris de leurs voisins.
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La mésange charbonnière travaille dur pour rapporter des chenilles à toute sa progéniture et elle chasse intelligemment.
Il ne s'agit pas, en effet, de leur offrir la première chenille venue : les oisillons nouveau-nés ne sont nourris que de minuscules chenilles tandis que les adultes dévorent les plus grosses.
A mesure que les jeunes grandissent, les chenilles qu'on leur offre sont donc de plus en plus grosses.