Le dauphin bleu et blanc se reconnaît à sa silhouette élancée et au dessin caractéristique qui orne ses flancs : une fine ligne noire s'étire de l'œil vers la région anale tandis que le blanc qui couvre ses flancs remonte en "coup de pinceau" ou en "flamme" claire en direction de la dorsale.
Ce dauphin peut atteindre 2,50 m et 150 kg dans certaines parties de son aire de distribution ; en Méditerranée, la taille varie de 1,80 m à 2,20 m pour un poids allant de 65 à 105 kg.
Le bec est fin sans être allongé, et il est bicolore. Il est bien distinct du melon*. La bouche, de forme droite, s'élance vers l'œil et est munie de deux mandibules qui comportent chacune 80 à 110 dents fines, semblables, très pointues et légèrement recourbées. Le palais osseux est plat, contrairement à celui du dauphin commun (utile pour l'identification d'animaux échoués).
Le melon et le dos jusqu'à la nageoire caudale sont gris foncé à noir. Le ventre est blanc pur. Sous la surface et par transparence, il peut donc apparaître en blanc et bleu. Les vieux individus sont reconnaissables à leur blanchissement sur le haut du melon.
La nageoire dorsale falciforme* mesure une vingtaine de centimètres et se situe à mi-corps. Les nageoires pectorales sont proportionnellement de petite taille et aussi légèrement falciformes. Quant à la caudale, sa forme est plutôt concave et bien marquée par un petit sillon médian.

Le dauphin bleu et blanc se reconnaît également en mer à son comportement très démonstratif avec de fréquents sauts. Il vient parfois nager à l'étrave des bateaux.