Met een draai en de vleugels helemaal gespreid komt de Koolmees bij de nestkast aangevlogen, zijn snavel vol met nestmateriaal.
Natuurlijk zijn de nestkasten al voor het broedseizoen schoongemaakt. Als er nog een oude nest is zou zitten, dan verwijderen ze het oude nestmateriaal vaak zelf, maar luizen e.d. kunnen dan nog wel achter blijven. In november zijn de nestkasten voor het eerst na het broedseizoen schoongemaakt. Gedurende de wintermaanden slapen vogels veel in lege nestkasten. Zo zijn ze beschermt tegen de winterse koude en regen. Begin maart zijn de nestkasten weer schoongemaakt. De bodem is dan bedekt met een dikke laag vogelpoep. Dat is geen goed uitgangspunt om een nieuw nest te bouwen.
Koolmezen broeden van april tot juni, meestal 1 à 2 broedsels. Per legsel 5 tot 12 roodgestippelde, witte eieren. Koolmezensoorten leggen 1 ei per dag. In de periode dat er eieren gelegd worden, wordt de nestkast door de mezen overdag weinig bezocht.
Ze maken een nest van mos, wortels, halmen en wol en deze wordt van binnen met haren en pluis bekleed. Ze nestelen in boomholen en ook vaak in nestkasten. Dit is soms op ongewone plaatsen zoals brievenbussen. In de zomer eten koolmezen vooral insecten en insectenlarven. Volwassen vogels eten ook zaden, vooral na de broedtijd.
De Nederlandse Koolmezen blijven vrijwel allemaal op korte afstand van de geboorteplek. Oost-Europese vogels trekken in het najaar door, soms in forse aantallen. Zulke trek speelt zich af tussen half september en half november, met de piek doorgaans midden oktober. Een goede oogst van beukennoten en bijvoedering in dorpen en steden is vooral voor onvolwassen vogels gunstig. Streng winterweer kan tot omvangrijke sterfte onder de overwinteraars leiden als er weinig voedsel beschikbaar is. De voorjaarstrek voltrekt zich meestal bijna onmerkbaar tussen half februari en half april.