Blåmejsen er kompakt og rundet med kort hale. Den koboltblå isse og de gule undersider er umiddelbart genkendelige.
Han - Hoved: klart blå isse med hvidt ansigt, sort øjenstribe og mustachestribe. - Overside: olivengrøn ryg, blå vinger med et hvidt vingebånd. - Underside: gult bryst og bug, undertiden med en svag mørk midterlinje. - Hale: blå med hvide yderfjer.
Hun Hunnen er næsten identisk med hannen, men med mattere blå isse og lidt lysere gul underside. Kønsbestemmelse er svær i felten.
Ungfugl Ungfugle har gullige kinder (ikke hvide) og grønlige partier, hvor den voksne er blå. Skifter til voksen dragt under efterårets fældning.