Lielgalvis ir vidēji liela pīle. Tēviņi vidēji nedaudz lielāki nekā mātītes.[4][5] Ķermeņa garums 50—65 cm, spārnu izplētums 84—90 cm, svars tēviņam 900—1420 g, mātītei 830—1400.[4][6]
Tēviņš ligzdošanas sezonā ir viegli atpazīstams pēc tā lielās, apaļās, rudās galvas ar sarkano, šauro knābi, melnajām krūtīm, brūnās muguras un baltajiem sāniem. Mātīte nav tik krāsaina, tās apspalvojums galvenokārt ir gaiši brūns ar tumšāku muguru un galvas virsu, vaigi gaiši pelēki, knābis tumši pelēks ar rozā galu.[5][6] Ārpus vairošanās sezonas tēviņi kļūst līdzīgi mātītēm, tikai tiem saglabājas sarkanais knābis. Jaunie putni ir tumšāki par pieaugušajiem īpatņiem, un to vēderi ir raibumoti.[6]
Uzvedība un barība
Lielgalvji sabiedriski putni un ziemas sezonā uzturas lielos baros, kuri bieži jaukti ar citu nirējpīļu sugām, piemēram, brūnkakļiem. Pēc ligzdošanas lielgalvji maina apspalvojumu, šajā laikā nespējot lidot, tādēļ uzturas lielās, atklātās ūdenstilpēs. Arī ziemas periodā labprātāk uzturas plašās ūdenstilpēs.[6]
Lielgalvis, netipiski nirējpīlēm, labprātāk barojas, vienkārši pabāžot zem ūdens tikai galvu, nekā ienirstot.[5] Tā galvenā barība ir dažādi ūdensaugi, bet lielgalvis reizēm uzlasa arī moluskus, ūdens kukaiņus un nelielas zivtiņas.[5]
Ligzdošana
Lielgalvji ziemas periodā izveido monogāmus pārus, un pāris kopā veic pavasara migrāciju.[6] Abi dzimumi dzimumbriedumu sasniedz apmēram gada vecumā, bet ir īpatņi, kas pirmo reizi ligzdo tikai 2 gadu vecumā.[6][7] Lielgalvis ir vienīgā suga pīļu dzimtā, kuram raksturīga partnera riesta barošana. Mātīte uz ūdens virsmas gaida, kamēr tēviņš ienirst un sameklē priekš viņas kādu gardumu. Reizēm gan tēviņš draudzenei atnes neēdamus priekšmetus.[5]
Lielgalvji ligzdo pa atsevišķiem pāriem vai vaļīgās kolonijās. Galvenokārt ligzdo bagātīgi aizaugušu dīķu un ezeru krastos (visbiežāk niedru audzēs), tuvu ūdens līnijai vai uz peldošu augu sanesumu salām.[5][6] Ligzdo arī lēni plūstošu upju krastos, kas apauguši ar krūmiem un garu zāli, vai viegli sāļu lagūnu krastos.[6] Dējumā 6—12 zaļganas olas. Perē tikai mātīte. Inkubācijas periods ilgst 26—28 dienas.[5] Ja lielgalvji ligzdo kopā ar citu sugu putniem, piemēram, ar garstilbjiem, sekmīgo ligzdošanu skaits pieaug.[6] Jaunie putni sāk lidot 35—40 dienu vecumā, bet patstāvīgi tie kļūst 45—50 dienu vecumā.[6] Lielgalvja mūža ilgums var sasniegt gandrīz 9 gadus.[7]