Rybitwa popielata przypomina bardzo rybitwę rzeczną (zwyczajną), od której jest nieco mniejsza, ma krótsze nogi, trochę krótszy dziób, szyję i skrzydła, ma za to dłuższy ogon. Skrajne sterówki ogona są jaśniejsze i dłuższe. Czarne końcówki lotek tworzą wąski pas wyraźnie kontrastujący z białym spodem skrzydła, podczas gdy u rybitwy rzecznej pas ten jest sporo szerszy, ale mało kontrastujący z resztą skrzydła. Rozróżnienie piskląt obu gatunków jest również trudne. Brzuch piskląt rybitwy popielatej ma kolor szary, podczas gdy pisklęta rybitwy rzecznej mają brzuch biały. Wierzch ciała większości piskląt rybitwy popielatej ma kolor jasnobrązowy jak u rybitwy rzecznej, ale kilka–kilkanaście procent piskląt ma szary wierzch ciała.
Rybitwy popielate mają stosunkowo krótsze nogi niż inne gatunki rybitw; może to być adaptacja do życia związana z niskimi temperaturami – temperatura zamarzania wody morskiej wynosi –1,8 °C, a dzienne średnie minimalne temperatury notowane przez rejestratory założone ptakom, wynoszą od 0 do –5 °C.
Wymiary średnie długość ciała ok. 30–38 cmrozpiętość skrzydeł ok. 75–85 cmmasa ciała ok.