Talitiainen on 13,5–16 cm pitkä. Talitiaisella on keltainen vatsa, sammalenvihreä selkä, siniharmaat siivet ja pyrstö, kiiltävän musta pää ja valkoinen poskilaikku. Siivellä on valkoinen siipijuova ja pyrstön reunat ovat valkoiset. Rinnasta vatsaan kulkee musta pystyjuova, joka on koiraalla leveämpi ja muodostaa vatsan keskelle mustan alueen. Koiraan vatsa on yleensä myös kirkkaamman keltainen kuin naaraalla, mutta muuten sukupuolet ovat samannäköiset. Nuorten yksilöiden poskilaikku on kellansävyinen ja ne ovat väreiltään vanhoja yksilöitä himmeämpiä.