Mõõtmetelt loetakse põhja-nahkhiiri keskmise suurusega nahkhiirteks. Nad kaaluvad ligikaudu 7–13 g <ref name="blogi" />. Keha on põhja-nahkhiirtel 48–70 mm pikk ja tiibade siruulatus 250–280 mm <ref name="raamat" />. Nisasid on emastel põhja-nahkhiirtel kaks.
Täiskasvanud isendid on tumepruuni, isegi mustani kalduva seljaga. Kõht on põhja-nahkhiire täiskasvanud isenditel kollakas-pruuni kuni beeži värvi. Üleminek heledalt kõhupoolelt tumedaks seljavärvuseks on eriti kaelapiirkonnas järsk ja selgepiiriline <ref name="raamat" />. Tumepruunid on põhja-nahkhiirtel ka nägu, kõrvad ja [[lennus]]. Kõrvad on neil suhteliselt lühikesed ja tipust ümarad. Samuti on lühike, lai ja ümara ning sissepöördunud otsaga kõrvalesta ees olev nahajätke ehk kõrvakaas ehk traagus.
Selja peal ja ka kaelapiirkonnas esineb kollaste tippudega karvasid. Kollakate tippudega karvad ongi põhja-nahkhiire üheks eristamistunnuseks [[hõbe-nahkhiir|hõbe-nahkhiirest]], kelle karvatipud on hõbedased. Noortel põhja-nahkhiirtel pole see tunnus veel välja arenenud ja tihti on nende karvad hõbedaste otsadega<ref name="raamat" />.
Kõige kergemini võib põhja-nahkhiir segamini minna [[hõbe-nahkhiir|hõbe-nahkhiirega]]. Lisaks eelpool mainitud kollakatele karvatippudele on põhja-nahkhiire kõht tumedam. Samuti on nende [[epibleem]] kitsam. Veel on erinevus emaste nisade arvus: hõbe-nahkhiirel on neid neli ja põhja-nahkhiirel kaks. Isasloomadel tehakse vahet peeniste järgi: põhja-nahkhiirtel on peenis lai, hõbe-nahkhiirtel kitsas. <ref name="raamat" />
