От декември до март мечката изпада в зимен сън или летаргия. Това се дължи не на студа, а на липсата на храна. През тези месеци тя преживява от натрупаните подкожни запаси.

За зимата си приготвя бърлога, като я разчиства, разширява и застила с листа, трева, мъх и клонки. Мечи бърлоги са откривани на най-невероятни места - в пещери и скални цепнатини, под корени на паднали дървета, бивши минни галерии, дупки под планински хижи и мостове. Входът им винаги е тесен.

Мечката се охранва преди да си легне. Натрупва до 10-15 см мазнина и качва до 18 кг на седмица, защото зимният сън може да й коства до 50 % от теглото. Храносмилателната й система се запечатва с нещо като запушалка и всичко погълнато се усвоява докрай. Огромните й размери и плътната козина намаляват охлаждането на тялото през студените месеци и тя пести енергия.

Зимният сън е като леко вцепеняване, забавяне на сърдечния ритъм и дишането и незначително понижаване на телесната температура, също като при обикновения сън. Този механизъм позволява поддържането на мозъка в работно състояние, особено при раждане, кърмене и опазване на малките в бърлогата.

Сърцето на будната мечка бие от 40 до 90 удара в минута, а когато заспи - 8 до 10 удара. Броят на вдишванията за минута намалява от 10-45 на 1-2. Обмяната на веществата спада наполовина.

Мечката запазва бдителността си непроменена и се събужда от време на време. Ако е обезпокоена - веднага реагира.

Зимният сън на мечката е обект на многобройни научни наблюдения и заключения, свързани със съхраняването на доброто физиологично състояние на мускулатурата след края на зимата.