Bruinvissen vinden hun voedsel onder water met behulp van 'sonar'. In het kustgebied van Nederland en in de Oostzee eten ze vooral kleine bodemvissen zoals grondels. In het open water van de Noordzee jagen ze meer op jonge haringachtige vissen. In de Duitse Waddenzee gaan de bruinvissen juist voor kleine platvissen. Het eten van grote platvissen kan gevaarlijk zijn voor een bruinvis. Verschillende aangespoelde bruinvissen bleken gestikt te zijn na het eten van te grote platvissen. Twintig jaar geleden aten de bruinvissen in de Noordzee vooral wijting. Deze vissoort komt nu veel minder voor. Bruinvissen zijn daarom overgestapt op het eten van grondels. Die  zijn wel een stuk kleiner dan wijtingen. Daarom moeten ze veel meer vis vangen om toch genoeg energie binnen te krijgen. Vooral in de zomer zien de onderzoekers aan de gestrande bruinvissen dat ze moeilijk aan hun kostje kunnen komen. Per dag heeft een bruinvis ongeveer 5 kilogram vis nodig, 10% van het lichaamsgewicht. Er is een theorie dat bruinvissen elkaar helpen met het zoeken van voedsel door middel van hun sonarsysteem. Waarschijnlijk is juist het verspreide voorkomen van de groep een middel om een groter stuk zee af te zoeken.

In 2006 werd door een grote groep onderzoekers gekeken naar de doodsoorzaak van gestrande bruinvissen. Uit dat onderzoek bleek dat meer dan de helft van de bruinvissen was verdronken. Waarschijnlijk komt dit doordat ze verstrikt raken in netten van warnetvissers of staand want vissers. Bij soortgelijk onderzoek in Denemarken in 1974 bleek dat daar duizenden bruinvissen het slachtoffer werden van staande visnetten. De verdronken bruinvissen waren verder gezond en hadden vaak volle magen. Verdrinking kwam vooral in maart en april voor. Een tweede belangrijke doodsoorzaak vormden besmettelijke ziekten. Deze zieke dieren, met weinig vetreserves en lege magen, spoelden vooral in augustus aan. In 2007 kwam de zeehondencrèche Pieterburen met een eigen intern onderzoek in opdracht van de Nederlandse Vissersbond. In dit onderzoek was het aandeel van door verdrinking gestorven bruinvissen kleiner. Andere belangrijke doodsoorzaken in dat onderzoek waren longontsteking en verhongering.

Onderzoek aan het spek van pas gestrande bruinvissen liet zien dat er veel giftige stoffen in zitten, zoals een giftige vlamvertrager. Deze vlamvertrager wordt gebruikt in isolatieschuim en meubelbekleding. De vlamvertrager komt via afvalwater in zee terecht. Daar komen ze in vissen terecht. Omdat bruinvissen in hun leven veel vissen eten, komt er uiteindelijk veel van deze gitige stof in hun spek te zitten. De giftige stof ontregelt de schildklierhormoonhuishouding en de werking van het zenuwstelsel van de bruinvis.

Steeds meer vissers bevestigen onderwaterluidsprekers aan hun visnetten om te zorgen dat bruinvissen er niet in verstrikt kunnen raken. Deze 'pingers' zenden geluid uit waar bruinvissen bang voor zijn. Vanaf 2007 is het gebruik van pingers verplicht voor de kieuwnetvisserij, behalve voor boten die kleiner zijn dan 12 meter. Toch zijn er ook nadelen aan het gebruik van pingers. In sommige gevallen leren zeezoogdieren dat het geluid van een plek komt waar ze gemakkelijk een visje kunnen 'pikken'. Dan werkt een pinger als een etensbel, en dat is gevaarlijk voor de bruinvissen.