Während des Winterschlafes laufen sämtliche Lebensfunktionen auf Sparflamme. Der Herzschlag fällt von ungefähr 600 Schlägen pro Minute auf nur 10 Schläge ab und auch die Atemfrequenz geht stark zurück.

Während des Schlafes ist der Stoffwechsel fast ausgeschaltet. Auf diese Weise verbrauchen die Fledermäuse nur sehr wenig Energie und können von ihren Fettreserven leben. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um einen echten Schlaf. Die Fledermäuse registrieren alles, was in ihrer Umgebung passiert. Vielmehr ist der Name „Winterlethargie“ passender.

Die Fledermäuse benötigen für das Aufwachen aus dieser Winterlethargie recht viel Energie. So kann es vorkommen, dass ein Tier nicht über einen ausreichenden Fettvorrat verfügt und langsam stirbt. Besonders bei häufigen Störungen im Winterquartier kann dies passieren, da die Tiere zwangsläufig aufwachen und unnötig von ihren Reserven zehren. Aber auch nach langen und harten Wintern sind einige Ausfälle festzustellen.

Die meisten Fledermausarten beziehen geschützte Höhlen, alte Stollen und andere unterirdische Verstecke zur Überwinterung, einige Arten allerdings auch ausgefaulte Baumhöhlen.

Der Winterschlaf wird regelmäßig unterbrochen, um die klimatischen Bedingungen des Quartiers zu überprüfen. Sollte das Mikroklima den Winterschläfern nicht mehr zusagen, werden auch im tiefen Winter Quartierwechsel durchgeführt. Die Ansprüche an das Quartier sind von Art zu Art verschieden.

Einige Arten bevorzugen kühle Überwinterungsplätze, andere benötigen jedoch etwas wärmere Bereiche. Die Temperatur der Winterquartiere liegt zwischen 2° C und 12° C. Besonders wichtig ist eine hohe Luftfeuchtigkeit, da die Fledermäuse sonst durch Austrocknung gefährdet sind. Auch hinsichtlich der Hangplatzwahl unterscheiden sich die Arten. Besonders das Mausohr bevorzugt offene Hangplätze.

Mitte März bis Anfang April erwachen die Fledermäuse langsam aus ihrer Lethargie und machen sich auf den Weg in ihre angestammten Sommerlebensräume. Dabei legen sie Strecken zurück, die je nach Art bis zu 1.500 Kilometer weit reichen können.