Мухоловки оправдывают свое название, потому что это очень хорошие ловцы мух. Охотятся птицы своеобразно: пичуга занимает удобное место на ветке, так чтобы листва ее прикрывала и периодически подскакивает наверх, хватает пролетающую мимо муху и возвращается обратно в засаду.
Серая мухоловка гнездится в лесах, парках, садах, предпочитая открытые места с редкими деревьями. Гнездо открытое, чашеобразной формы. Кладка происходит между серединой мая и до середины июля, состоит из 4 — 6 яиц. Когда первый выводок успешно покидает гнездо, оно используется повторно для второй кладки.
По сравнению со многими другими птицами серая мухоловка умеет ясно отличать собственные яйца от яиц других видов. Эта способность обычно присуща только тем птицам, чьим гнездовым паразитом является кукушка.