Son dos est d'un brun verdâtre alors que son ventre est beige. Les juvéniles sont plus foncés avant de muer au bout d'une dizaine de semaines. D'allure trapue, il mesure de 10 à 12 centimètres de long et peut peser jusqu'à 9 grammes pour les mâles adultes.
Il est généralement le passereau qui reste le plus longtemps sur ses aires de reproduction, faisant sa migration en octobre. Moins dépendant des arbres que les autres pouillots, le véloce s'observe fréquemment près de l'eau ou dans les broussailles, habitats qu'il trouve aisément dans le Luberon.
Il se nourrit principalement d'insectes et d'araignées qu'il chasse dans les branchages, mais il peut aussi se nourrir de fruits à l'occasion.
C'est le mâle qui arrive en premier sur le territoire de reproduction, deux à trois semaines avant la femelle. Bien qu'à tendance arboricole, il est fréquent que le pouillot véloce construise également son nid à même le sol, profitant d'inclinaisons de terrains comme les talus.
Pendant que le mâle protège son territoire, seule la femelle participe à la création du nid qui est fermé, à structure ronde, et composé de brindilles et de feuilles sèches. La couvée est normalement de 6 à 7 œufs, de couleur crème et tachetés de rouge pourpré ou de noir, et dure de 13 à 14 jours. Ce n'est qu'après l'éclosion que le mâle participe avec la femelle aux fréquents nourrissages de la progéniture.
