O pato-mergulhão habita rios e riachos de águas límpidas, com corredeiras e margeados por vegetação nativa.
Alimenta-se principalmente de peixes e também de invertebrados aquáticos. Na Serra da Canastra o seu principal alimento é o lambari. Os peixes são capturados nos mergulhos, por isso a importância das águas claras e límpidas para capturar suas presas.
São aves monogâmicas e os casais permanecem juntos durante todo ano. Descansam sobre as pedras no meio do rio ou em suas margens e, quando perturbados, voam rapidamente rente à superfície da água ou se escondem na vegetação ribeirinha. Além de raro, é muito arisco e, por isso, é tão difícil de ser visto.
Não existe grande diferença aparente entre o macho e a fêmea, mas quando o casal é visto junto, é possível perceber que os machos em geral são ligeiramente mais robustos. Na estação reprodutiva, o penacho das fêmeas se danifica, ficando bem mais curto, o que facilita a identificação dos sexos.
O período reprodutivo estende-se de maio a agosto, sendo junho e julho os meses mais comuns para a incubação e a eclosão dos ovos. Os ninhos são construídos em ocos de árvores, fendas em paredões rochosos e em cavidades de barrancos de terra nas margens dos rios.
A postura é de até oito ovos. Durante a incubação, a fêmea permanece no ninho, saindo apenas pra alimentar-se e acasalar-se, enquanto o macho passa a maior parte do tempo nas proximidades.
Os filhotes acompanham os pais por cerca de seis meses.
