Brhlík sa vyskytuje najmä v listnatých a zmiešaných lesoch so starými stromami, vo vyšších nadmorských výškach vzácnejšie. Bežne obýva záhrady a mestské parky. Je to výrazne teritoriálny vták a iba výnimočne sa zatúla ďalej ako 30 km od hniezdiska. Na svojom teritóriu zostáva aj v zime.
Hniezdi v bútľavých stromoch, stromových dutinách po ďatľoch alebo aj v búdkach; ak je otvor veľký, samička ho zmenšuje obrubou z hliny zmiešanej so slinami a niekedy aj s primiešanými rastlinnými vláknami. Tak sa ochráni proti vniknutiu väčších hniezdnych konkurentov do hniezdenj dutiny. Ak zahniezdi v búdke, vymuruje blatom aj štrbiny medzi stenami a strieškou, zvonku i zvnútra. Hniezdne lôžko vystiela najmä kúskami borovicovej alebo brezovej kôry.
Hniezdi 2 razy do roka. Kladie najčastejšie 5-8 vajec, na ktorých sedí zhruba 14 dní. Mláďatá opúšťajú hniezdo po ďalších 22 - 25 dňoch a už vedia dobre lietať. Potravou je hmyz a jeho larvy, pavúky, ucholaky, semená a orechy vrátane vlašských, žalude a bukvice, menej bobuľami a plodmi ovocných stromov.
Samček začína spievať v marci a jeho trilkovité hvízdanie je skôr veľmi zvučné vykrikovanie, ťažko prepočuteľné. Chvíľami máme dojem, akoby sa nám vysmieval, podobne ako sedmohlások. Brhlík prelieta zo stromu na strom rýchlo a obratne v plochých vlnovkách. Po kmeňoch stromov a konároch sa pohybuje krátkymi, trhavými pohybmi. Neopiera sa pritom o chvost ako ďatle a po kmeni sa dokáže pohybovať práve tak nahor ako aj hlavou nadol, ako sa nezvykne pohybovať žiadny iný náš spevavec. Na šplhanie má dokonale prispôsobené krátke a silné nohy.
Príležitostne zbiera potravu aj na zemi, ale je to predovšetkým stromový lezúň. Brhlík prezerá pukliny kôry, kde hľadá potravu. Ak nájde orech, vkliní ho do pukliny kôry alebo do rázsochy a údermi zobáka ho rozbije - vtedy znejú údery takmer ako bubnovanie datľa. Brhlík je pozoruhodný tým, že si robí zásoby semien v štrbinách kôry stromov a zakrýva ich machom. Do zásoby odnáša aj krmivo z kŕmidiel.
Je veľký ako vrabec (váži okolo 23 g), ale má väčšiu hlavu, krátky chvost, klinovitý zobák, krátke nohy a dlhé prsty aj pazúry. Vrch hlavy a tela je šedomodrý (u mladých s belasými čiarkami), letky sú tmavé. Čierny pruh, ktorý sa tiahne cez oko až k tylu, býva u samíc trocha užší, u mladých skôr hnedý. Brada, hrdlo a líca sú belasé, boky a spodné chvostové krovky okrové, u samca veľmi tmavšie, tehlovočervenkasté. Mladé vtáky sú na vrchnej časti hnedé s hnedým, menej nápadným očným pásikom.
U nás sa žije v poddruhu brhlík lesný stredoeurópsky - S. europaea caesia, ktorý má spodnú stranu tela bledopomarančovohnedú (pri vtákoch zo severnej Európy je biela, s tmavými bokmi a tmavými spodnými chvostovými krycími perami - pri samcoch s gaštanovohnedými a pri samiciach hrdzavohnedými.
Spevom je trilkovité vykrikovanie, opisované ako kvikvikvi". Vábením je krátke, energické a hlasité "tvet", opakované často viac ráz po sebe, okrem toho aj ostré "zíít" alebo energické "sit", či jemnejšie sýkorkovité "si si".