Samiec w szacie godowej (od grudnia do maja) ma głowę i górną część szyi czarną z zielonym, metalicznym połyskiem, pióra na głowie tworzą zaokrąglony czub na karku. Szyja, spód i boki białe, grzbiet czarny z białymi, szerokimi pasami po bokach, ogon popielaty, skrzydła z wierzchu białe bliżej tułowia i czarne na krawędziach, od spodu białe z popielatymi lotkami pierwszorzędowymi. Dziób z hakiem na końcu, nogi czerwone. Na piersi często widoczny jest lekki łososiowy nalot, początkowo intensywny, a zanikający wiosną. Ten różowy odcień znika u ptaków zestrzelonych i na okazach wypchanych. Kuper i pióra ogonowe szare.
Samica, a także samiec po pierzeniu w okresie spoczynkowym i młodociane mają rdzawą głowę i górę szyi z nastroszonym czubem. Na podgardlu ostro odgraniczona biała plama. Przód dolnej części szyi, pierś i brzuch białe, wierzch i ogon popielaty. Samica nie zmienia swego upierzenia w ciągu roku. Czub na głowie u samic jest okazalszy niż u samców. Samiec w szacie spoczynkowej różni się od samicy białymi pokrywami skrzydłowymi. Młode rozpoznaje się po krótszych czubkach.

Samiec w okresie godowym ma charakterystyczne ubarwienie, łatwe do rozpoznania. W identyfikacji pomaga też sylwetka o wydłużonym ciele, dłuższej od innych kaczek szyi i dużej głowie przechodzącej płynnie w szeroki dziób.

Rozmiary: długość ciała ok. 57–70 cm, rozpiętość skrzydeł ok. 82–97 cm, masa ciała ok. 1100–2000 g.
Nurogęś żywi się drobnymi rybami, inne drobne zwierzęta wodne pełniące rolę tylko uzupełniającą jak mięczaki, skorupiaki, owady i ich larwy, które łowi nurkując.
Na dziobach nurogęsi znajdują się poprzeczne rogowe ząbki, które wraz z jego zagięciem na końcu powodują, że mogą łatwo chwytać śliskie i zwinne ryby. Najpierw zanurza głowę i wypatruje małych ryb do 10 cm długości (może nawet łapać ćwierćmetrowe), wybierając te najliczniejsze. Przewaga rybiej diety jest nietypowa w porównaniu z innymi gatunkami kaczek. Nurogęś poluje pojedynczo lub grupowo. Podczas nurkowania może osiągnąć 4 metry głębokości i być pod wodą około minutę.
Grupowe toki zaczynają się w grudniu na zimowiskach, ale ich szczyt ma miejsce po przybyciu na lęgowiska. Wyprostowane samce pływają tam i z powrotem, wyciągając dziób i głowę do góry, stroszą jednocześnie pióra wierzchu głowy. W czasie toków słychać metaliczne "kerr kerr" samca i chrapliwą odpowiedź samicy "karr". Czasem też wydają kwaczące odgłosy. Pary są monogamiczne.
Gniazdują zazwyczaj w dziupli (często dzięcioła czarnego), nawet kilkanaście metrów nad ziemią. Czasem, gdy brakuje gotowych dziupli – w szczelinach skalnych, wykrotach, norach, spróchniałych pniach, dziurawych murach opuszczonych budynków, wieżach kościelnych lub odpowiednich budkach lęgowych. Zdarza się, że zajmują gniazda ptaków drapieżnych lub krukowatych nawet o kilometr od wody. Nurogęś używa tego samego gniazda przez parę lat, a odnotowano nawet użytkowanie przez 40 lat. Miejsca na gniazdo szuka kaczka. Nie są to ptaki towarzyskie: na 2 km wybrzeża, rzeki lub jeziora można znaleźć nie więcej niż 2 pary.

Zamieszkuje chłodne strefy Eurazji i Ameryki Północnej. Gnieździ się od Atlantyku poprzez Półwysep Skandynawski, północne Niemcy, Polskę, Syberię aż po Ocean Spokojny. Wystęuje też w północnej części Ameryki Północnej. W czasie wędrówek i koczowania można go spotkać bardziej na południe. Na Starym Kontynencie widywany w całej Europie Środkowej, Zachodniej i Południowej, a szczególnie nad przybrzeżnymi zbiornikami morskimi.

W Polsce bardzo nieliczny ptak lęgowy, głównie na północy i zachodzie kraju; liczniej zimuje. Poza okresem lęgowym widywany jest nad wybrzeżem Bałtyku, dość liczny nad Pilicą. Coraz liczniej widuje się go również na południu. Całkowitą liczebność szacuje się na 900–1000 par.

W Polsce objęty ścisłą ochroną gatunkową. Wymaga ochrony czynnej.