Jest mniejsza od wróbla. Oprócz tego głowa czarnogłówki jest nieco większa i szersza, na której czapeczka nie błyszczy. To bardzo ruchliwy ptak, ale bardzo skryty i ostrożniejszy niż sikora uboga. mały|Śpiew czarnogłówki nagrany w Rosji thumb|Trudno zauważyć czarnogłówkę w gęstej roślinności, łatwiej ją jednak usłyszeć Głos Od sikory ubogiej można czarnogłówkę odróżnić także po głosie: wabi nosowym, ostrym „spici dedet da dee” lub niewyraźnym, szorstkim „dej-dej”, śpiew to fletowe, opadające dźwięki. Pieśń czarnogłówki jest wprawdzie nieco podobna, ale ma znacznie wolniejszy rytm niż u sikory ubogiej. Gdy jest w grupie, słychać piszczące „ti ti”. Jej gwiżdżąca piosenka „sju sju sju” w poszczególnych fragmentach lekko opada. To jej odgłosy często zdradzają obecność ptaka, bo słychać je prawie bez przerwy. Wymiary średnie długość ciała ok. 12–13 cm długość ogona ok. 5,5–6 cm rozpiętość skrzydeł ok. 17–20,5 cm
Masa ciała ok. 8–14 g