Kurotsuchi Mayuri merupakan seorang saintis yang mewarisi sifat-sifat seorang "saintis gila". Dalam episod-episod awal siri anime Bleach, Mayuri ditonjolkan sebagai salah satu daripada watak-watak yang paling kejam dan ganas. Dia melihat setiap perkara— mahupun manusia, sebagai objek yang boleh dikaji dan bukannya sebagai benda hidup— termasuklah dirinya sendiri. Dia kurang menghormati atau mengasihani kebanyakan orang, serta sanggup mengorbankan orang-orangnya sendiri (yang pada waktu itu tidak menyedari akan rancangannya) menjadi bom-bom yang akan meletup, semuanya untuk menangkap Ishida Uryū dan Inoue Orihime untuk dijadikan bahan eksperimen. Dia juga telah merahsiakan maklumat tentang golongan Bount daripada shinigami yang lain supaya dia dapat menangkap salah satu daripada golongan mereka untuk dijadikan bahan eksperimen buat dirinya.

Bentuk rupa Mayuri kelihatan seperti tengkorak kosong dengan mimik muka yang serupa dengan tengkorak itu sendiri. Kukunya berwarna biru dan kesemua kukunya dipotong pendek, kecuali kuku di jari tengah tangan kanannya. Kukunya yang panjang itu adalah sepanjang jarinya sendiri. Dalam versi anime, Mayuri dilihat mempunyai rambut biru dan mata berwarna kuning apabila topengnya ditanggalkan.[1] Dia juga memakai topi berwarna putih dengan sepasang hulunya yang diarahkan ke sebelah kanan kepalanya bersama-sama jalur leher baju berwarna ungu di sekeliling tengkuknya. Pengubahsuaian fizikal diri Mayuri akan dikembalikan setiap kali dia "membina" semula dirinya, meskipun dia dicederakan agak teruk dan telinganya dibuang secara kekal.

Mayuri telah melakukan beberapa eksperimen ke atas dirinya, sesetengah daripada mereka terdiri daripada menaiktaraf beberapa bahagian tubuh untuk berfungsi sebagai senjata atau untuk memberinya kelebihan yang berguna. Lengan kirinya boleh dipanjangkan seperti cangkuk yang boleh digunakan untuk menarik mangsanya, dan dia juga boleh menarik keluar telinganya untuk membentuk sebilah sabit yang bersambung kepada satu bahagian ligamen berupa tali yang boleh digunakan sebagai kusarigama. Mayuri juga mampu menyembunyikan dirinya di mana-mana bahagian sekelilingnya dengan menutup dirinya dengan sejenis emping-emping yang mengupas diri mereka apabila dia menunjukkan dirinya kembali.

Sekiranya Mayuri kecundang di dalam sesebuah pertarungan, dia mampu mengubah dirinya menjadi sejenis cecair, di mana dalam keadaan ini dia tidak boleh menyerang ataupun diserang, dilakukannya dengan menikam dirinya dengan zanpakutōnya sendiri. Dalam masa yang tertentu Mayuri kemudiannya boleh "membina" semula tubuh badan fizikalnya, dan menyembuhkan kecederaan yang telah ditanggung. Kebolehannya ini adalah berkait rapat dengan tahap bankai zanpakutō miliknya.

Mayuri merupakan di antara watak-watak ambidekstrus yang mempunyai bilangan yang kecil dalam siri Bleach, dilihat apabila dia menggenggam zanpakutōnya pada tangan kanan dan telinga-sabitnya pada tangan kiri (selalu dilakukan pada waktu yang sama). Dalam babak Bount, dia juga pernah memegang zanpakutōnya pada tangan kiri.[2]

Nama keluarga Kurotsuchi merupakan di antara nama-nama shinigami yang berada dalam bilangan kecil dalam siri Bleach, yang menggunakan kanji berdasarkan maksud namanya dan bukan berdasarkan bunyi. 'Kurostsuchi' bermaksud tanah hitam (kuro - hitam; tsuchi - tanah), termasuk juga kanji (涅). Walaubagaimanapun, bacaan kanji tersebut (sebutannya) ialah ne atau jadi.