ממדי צולל ימי הם ממוצעים בהשוואה לשאר ברווזים. אורך גופו מגיע ל-52 ס"מ. אורך מוטת כנפיו היא כ-73 ס"מ. משקלו של פריט בוגר הוא כ-1 ק"ג. מבחינה וויזואלית דומה צולל ימי לקרוב משפחתו - צולל מצויץ. בין זוויגיו השונים של צולל ימי קיים שוני ניכר לעין. זכרים: הבטן וצידי הגוף לבנים, החזה והראש שחורים, לעיתים הראש ירקרק. נקבות: טבעת לבנה בקרבת המקור, הראש בצבע חום כהה, החזה בצבע חום (בהיר לעומת גוון הראש), צידי הגוף בהירים. צבע העיניים הוא צהוב. כתם שחור בסוף המקור.

צולל ימי ניזון משלל מזונות המצויים בשפע בסביבתו הרטובה: צמחי מים, חרקים וחסרי חוליות.