Entre octobre et décembre, les ours bruns commencent à hiverner. Habituellement, ils creusent un terrier, qu'ils utilisent souvent pendant plusieurs années. Des tanières naturelles peuvent également servir de lieux de repos. Avant l'hiver, l'ours prépare le lieu choisi afin de le rendre confortable et le remplit d'herbe, de feuilles, de fougères, de mousse et de lichen. Toutefois, à l'inverse des hérissons qui hibernent profondément, les ours bruns se réveillent facilement de leur sommeil. Bien que leur rythme cardiaque ralentisse drastiquement, ils restent sur leurs gardes pour parer à l'attaque de tout ennemi potentiel.

Avant le début de l'hivernation, ils font leurs réserves et absorbent de grandes quantités de nourriture calorique car ils sont amenés à perdre environ un tiers de leur poids corporel pendant cette période.
Au sein de la communauté scientifique, il n'existe pas de consensus quant à l'appellation à employer pour nommer cet état de repos hivernal des ours : sommeil hivernal, torpeur, hivernation. Quoi qu'il en soit, en principe ce phénomène vise à économiser un maximum d'énergie pendant les saisons où la nourriture vient à manquer.

On suppose souvent à tort que ce sont les températures glaciales qui poussent les ours à se réfugier dans les grottes. Or, contrairement aux humains, les ours sont relativement insensibles aux températures en dessous de zéro, à la neige et au gel. En fait, ils se servent de la période de l'automne pour effectuer leurs réserves de graisse en consommant un maximum des fruits gras et sucrés accessibles durant cette saison (les noix, les faînes, les graines, les baies et autres). En hiver, cette couche de graisse leur permet alors de survivre, combinée à une réduction de leur consommation d'énergie. Ainsi, le repos est un facteur important.

La pause hivernale (ou hivernation) de l'ours ne doit pas être confondu avec l'hibernation profonde des petits mammifères, comme celle des hérissons ou des marmottes. Pendant l'hibernation, une marmotte réduit son taux métabolique à un dixième, ne respire qu'une ou deux fois par minute, son cœur ne bat pas plus de cinq fois et sa température corporelle chute à trois degrés à peine.  

Un ours ne ralentit sa circulation sanguine, sa respiration et ses battements cardiaques seulement pour pouvoir défendre sa tanière au moment opportun. Si la température de son corps, qui pèse plusieurs centaines de kilos, était réduite à trois degrés, il ne pourrait jamais reprendre le cours normal de sa vie sans apport énergétique supplémentaire. L'hivernation des ours reste un phénomène mystérieux que nous étudions encore à ce jour. 

Néanmoins, ces questions sont d'un grand intérêt pour la médecine humaine. Si l'on considère que l'ours reste immobilisé pendant des semaines sans altération de ses os ou sa masse musculaire et sans développer des problèmes de peau, c'est un phénomène à étudier pour le domaine de la gériatrie. Les patients atteints d'insuffisance rénale doivent souvent subir des dialyses à vie, tandis que les ours semblent pouvoir " activer " leurs reins avec aisance.

Des questions se posent souvent au sujet des dates clés de cette période fascinante qu'est l'hibernation: combien de temps les ours dorment, de combien de degrés leur température corporelle chute, combien de kilos de graisse prennent-ils, etc. La seule réponse fiable est que chaque ours est unique.

En effet, aucun ours ne se comporte comme un autre, de la même manière que chaque année, les saisons se suivent et ne se ressemblent pas. Comme pour tout phénomène biologique, nous observons une grande variété de phénomènes. Cette flexibilité revêt une importance capitale dans le sens où souvent, l'extinction des espèces va de pair avec son incapacité à s'adapter à des conditions environnementales changeant constamment.

Il peut arriver que certains ours n'hivernent pas du tout, et cela pour différentes raisons. Certains, bons chasseurs, se sont spécialisés dans la capture d'animaux blessés ou affaiblis par l'hiver. D'autres ont appris à utiliser d'autres sources de nourriture, comme celle des chevreuils ou les déchets humains. D'autres encore vont profiter d'un redoux pour creuser le sol afin de trouver des racines pour ensuite disparaître à nouveau dans leur tanière pour reprendre leur hivernation. 

Ainsi, il est impossible de déterminer une date de début et de fin à la période d'hivernation.

Le fait que les ours en captivité hivernent est souvent utilisé par leurs soigneurs comme un indicateur d'adéquation de leur environnement à leur espèce : la durée de l'hivernation augmenterait selon le nombre d'ours dans l'espace qui leur est dédié. Bien que cette interprétation soit justifiée, l'absence d'hibernation en elle-même n'est pas un indicateur fiable que les conditions de détention soient inappropriées. 

Aucune forme de captivité n'équivaut à la vie que mène un ours sauvage dans la nature. Pour ce faire, l'environnement devrait mesurer au minimum cent hectares par ours. Si certains ours tolèrent les espaces clôturés, nombre d'entre eux présentent des troubles du comportement (causés par des déficits au niveau de leur développement) qu'ils gardent toute leur vie, quelle que soit la taille de leur environnement.

L'essentiel est de donner aux animaux vivants en captivité, un sentiment de liberté. Si un animal sauvage doit vivre en captivité (par exemple, s'il est trop habitué aux humains), il est important de leur offrir un environnement assez vaste et se rapprochant le plus possible de la nature.