Aktivität und Fortbewegung: Der Gartenschläfer verlässt ca. 20 – 30 Minuten nach Sonnenuntergang sein Nest und kehrt ca. 20 – 30 Minuten vor Sonnenaufgang wieder zurück. Während der Nacht zeigt er um Mitternacht die höchste Aktivität. Dazwischen liegen mehrere Ruhephasen, welche er außerhalb des Nests verbringt. Bei niedrigen Temperaturen bleibt er vermehrt in seinem Versteck. Im Frühjahr kann eine unregelmäßige Tagesaktivität beobachtet werden, welche vermutlich mit der Fortpflanzung in Verbindung steht. Er ist ein ausgezeichneter Kletterer und besitzt dementsprechende Anpassungen, wie kräftige Gliedmaßen und große Sohlenschwielen. Im Gegensatz zu anderen Bilchen bewegt sich der Gartenschläfer nicht nur in der Strauch- und Baumschicht, sondern läuft auch auf dem Boden. Die Überquerung von Wiesen und Wegen stellt für ihn daher keine Schwierigkeit dar.

Sommerlethargie und Winterschlaf: Eine Sommerruhe (mit Tageslethargie) wird vermutlich bei Nahrungsmangel sowie ungünstiger Witterung ausgelöst und dauert einige Stunden bis Tage. Im Herbst nimmt seine Aktivität ab und mit sinkenden Temperaturen bzw. ab 6 – 10 °C Außentemperatur bereitet er sich durch das Anlegen von Körperfett und Vorräten auf den Winterschlaf vor. Jungtiere überwintern häufig gemeinsam (Gruppen von bis zu 10 Individuen) und erwachsene Tiere einzeln. Aufgesucht werden dafür Verstecke in 50 bis 100 cm tiefen Bodenspalten sowie gelegentlich Häuser. Im Gegensatz zu anderen Bilchen überwintert der Gartenschläfer auch in Nestboxen und Vogelnistkästen. Im Oktober leiten zunächst ausgewachsene Männchen, dann Weibchen und schließlich Jungtiere den Winterschlaf ein. In Abständen von 2 – 8 Tagen treten spontane Aufwachphasen während des späten Nachmittags auf, in welchen er Nahrung zu sich nimmt. Dies erklärt den im Vergleich mit anderen Bilchen geringen Gewichtsverlust bis zum Frühjahr. Seine Körpertemperatur sinkt auf die Umgebungstemperatur ab. Bei Frost wird die Temperatur auf 1 °C reguliert. Die Herzfrequenz beträgt nur noch 8 bis 13 Schläge pro Minute, die Atmung wird verlangsamt und es setzten atemfreie Pausen ein. Mit steigenden Temperaturen im März/April wacht er auf. Männliche Tiere beenden zuerst den Winterschlaf, wobei sie in Bergregionen häufig in einen weiteren kürzeren Ruhezustand fallen. Weibliche Tiere wachen allgemein später auf und bleiben aktiv. In einigen Regionen Spaniens verzichtet er aufgrund des warmen Klimas auf einen Winterschlaf. Dafür halten Gartenschläfer in den südlichen Regionen einen Sommerschlaf, der aber weniger ausgeprägt ist.

Territoriales Verhalten und Reviergröße: Je nach Geschlecht und Aktivitätsphase besitzt der ortstreue Gartenschläfer unterschiedlich große Territorien. Im Allgemeinen haben Männchen einen größeren Aktionsradius als Weibchen. Während die Tiere ihre Reviere verteidigen, überlappen sich ihre Aktionsräume. Die Größe des Aktionsraumes wird von der Umgebung und der Lebensweise beeinflusst: So beträgt er bei in Gruppen lebenden Tieren in Siedlungsbereichen zum Beispiel nur 0,01 – 0,3 ha, während er bei Tieren in Bergwäldern durchschnittlich 1,5 – 3,6 ha beträgt. Ihrer nächtlichen Aktivitäten verbringen Gartenschläfer in der Regel alleine. Aggressive Begegnungen treten nur zur Fortpflanzungszeit und bei Streitigkeiten um Futterplätze auf. Tagsüber können sie gelegentlich mit Artgenossen im Nest beobachtet werden. Weibchen verteidigen nach der Geburt ihrer Jungen das Nest aggressiv gegenüber anderen Gartenschläfern.  Jungtiere bleiben nach der Aufzucht gesellig und teilen sich häufig Schlaf- und Futterplatz.

Kommunikation: Er gilt als stimmfreudig und verständigt sich mit variationsreichen Lauten, welche von Murmeln über Grunzen und Knarren zu Keckern und Pfeifen reichen. Rufe der Gartenschläfer können häufig während der Paarungszeit im Frühjahr vernommen werden.

Nest: Gartenschläfer besitzen mehrere Nester, zwischen denen sie bei Gefahr rasch wechseln können. Bei der Wahl ihres Neststandortes sind sie sehr flexibel. Sie legen dieses in unterschiedlichen Höhen in Baumhöhlen, unter Rinden, zwischen Steinen und Felsen, in Erdhöhlen unter Baumwurzeln, verlassenen Mäusenestern am Boden sowie in alten Vogelnestern an. Sie nutzen auch Zwischenräume in Holzstapeln, Dachziegeln und andere Verstecke. Die Nester werden mit trockenem Moos, weichem Gras und Haaren ausgepolstert. Nur selten baut der Gartenschläfer freistehende Nester in Sträuchern und Bäumen.

Gartenschläfer leben vermutlich in einem polygynen Paarungssystem, bei dem sich Männchen um paarungsbereite Weibchen streiten, und versuchen sich innerhalb ihres Aktionsraumes mit möglichst vielen Weibchen zu paaren. Die Aufzucht der Jungen erfolgt vom Weibchen alleine. Die Fortpflanzungszeit des Gartenschläfers beginnt im April. Im Mai und Juni kommen nach einer Tragzeit von 21 bis 23 Tagen zwischen 4 und 6 Jungtiere (in Ausnahmefällen 1 – 9 Tiere) zur Welt. Nach 18 Tagen öffnen sie die Augen und nach einem Monat beginnen sie feste Nahrung zu sich zu nehmen. Je nach Höhenlage verlassen sie zwischen Juni – Juli mit einem Alter von 30 – 34 Tagen das Nest und erkunden ihre Umgebung. Bei diesen Ausflügen kann eine »Karawanenbildung« beobachtet werden: Das Muttertier geht voraus, gefolgt von ihren Jungen, welche sich in das Rückenfell des Vorgängers festbeißen. Die Familie löst sich nach 5 Wochen auf, manchmal wird der nächste Winterschlaf noch im gemeinsamen Nest verbracht. Die kugelförmigen Wurfnester besitzen einen seitlichen Eingang und sind mit Gras, Moos, Laub und sonstigen Materialien (Tierhaare, Federn) ausgekleidet. Die Jungtiere sind nach 80 Tagen körperlich ausgewachsen. Junge Gartenschläfer werden nach dem Winter, manche sogar erst nach dem zweiten Winter, sexuell aktiv. In Nord- und Mitteleuropa kommt in der Regel nur 1 Wurf pro Jahr vor. In Spanien, wo der Gartenschläfer keinen Winterschlaf hält, sind auch mehrere möglich.
Die Populationsdichte variiert stark in Abhängigkeit vom Lebensraum und beträgt in Waldgebieten durchschnittlich 4 – 8 Individuen pro Hektar. In Siedlungsnähe ist diese jedoch mit 30 – 60 Individuen pro Hektar viel höher. In sehr gut geeigneten Mischwäldern können bis zu 35 – 50 Individuen pro Hektar vorkommen und in forstwirtschaftlich genutzten Wäldern beträgt die Populationsdichte selten mehr als 10 Individuen pro Hektar. Der Gartenschläfer wird ca. 5 Jahre alt, wobei einige Individuen auch älter werden können. Vor allem Weibchen sterben meist schon im dritten Lebensjahr. Nur rund 10 % der Population setzen sich aus drei- oder vierjährigen Tieren zusammen. Der Hauptanteil besteht aus zweijährigen Gartenschläfern. Die Jungensterblichkeit ist während des Winterschlafes mit 40 – 60 % sehr hoch.

Die Ernährung des Gartenschläfers ist vielseitig mit überwiegendem Anteil an tierischer Nahrung. So sind Wirbellose, insbesondere Tausendfüßler und Käfer, für den Gartenschläfer das ganze Jahr über eine wichtigste Nahrungsquelle. Kuipers et al. (2012) vermuten den hohen Kalziumgehalt der Tausendfüßler von 10–30 % als Grund für deren häufigen Verzehr. Im Frühjahr und in den ersten Sommermonaten frisst er vermehrt Wirbeltiere (Nestlinge von Vögeln und Mäusen), Schnecken, Käfer und Blüten. Von August bis September ist der Anteil pflanzlicher Nahrung in Form von Beeren besonders hoch. Erst vor dem Winterschlaf im Oktober ernährt er sich wieder überwiegend von Tausendfüßlern. Im Vergleich mit anderen Bilcharten spielen Baumsamen nur eine geringe Rolle in seiner Ernährung.

Bei gleichzeitigem Vorkommen des Siebenschläfers weicht der Gartenschläfer häufig in Fichten- und Tannenwälder aus, um einer direkten Konkurrenz zu umgehen.
Zu seinen Fressfeinden zählen Raufußkauz (Aegolius funereus), Sperlinsgkauz (Glaucidium passerinum) und Waldkauz (Strix aluco) sowie Schleiereule (Tyto alba) und Waldohreule (Asio otus). Unter den Säugetieren wir er von Baum- (Martes martes) und Steinmarder (M. foina), Iltis (Mustela putorius), Fuchs (Vulpes vulpes) und Katze (Felis silvestris) erbeutet. Das Gift von Vipern verträgt der Baumschläfer bis zu einer sehr hohen Dosis (hundterfach höhere Dosis  als wie bei einem Meerschwinchen), sodass er sich der in seinem Lebensraum häufig vorkommende Kreuzotter vermutlich gut entziehen kann.

Mit Schwinden natürlicher Streuobstwiesen, der Zersiedelung unserer Landschaft und waldbaulichen Maßnahmen sind seine Lebensräume selten geworden. Zudem hatte der Gartenschläfer als »Nesträuber« lange Zeit einen schlechten Ruf. So beschrieb ihn Heck im Jahr 1914 in Brehms Tierleben als Bilch mit der Blutgier eines Wiesels, der sich auf jedes kleine Wirbeltier stürzt. Auch Jahrzehnte später, als er unter Schutz stand, wurden die Tiere gezielt in Nistkästen getötet. Trotz seines Namens ist er kein nennenswerter Obst- oder Gartenschädling. Direkte Verfolgung stellt heute glücklicherweise kaum noch eine ernstzunehmende Gefahr dar. Die Ausbreitung monotoner, unterwuchsfreier Nadelwälder ohne Nahrungsangebot und junger Wirtschaftswälder ohne Baumhöhlen nimmt ihm allerdings zunehmend Lebensräume. So sind bereits in mehreren Regionen Europas Bestandsrückgänge zu beobachten. Heute wird der Gartenschläfer in der Roten Liste des IUCN als potentiell gefährdet eingestuft. Selbiges gilt für Österreich und in Deutschland wird von einer Gefährdung unbekannten Ausmaßes aufgegangen. International ist der Gartenschläfer daher auch in der Berner Konvention (Anhang III) geschützt.

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