Ekologia Karlik drobny wylatuje na łowy kilkanaście minut po zachodzie słońca. Wykazuje się wieczorem i nad ranem. Lata stosunkowo nisko (2–5 m nad ziemią). Przeważnie poluje w luźnych grupach, liczących od kilku do 20 osobników. Najczęściej łowi drobne muchówki, wije, pająki i kosarze. Wiosną, w kwietniu i maju, samice gromadzą się w kryjówkach rozrodczych, najczęściej w budynkach mieszkalnych, poddaszach kościołów czy domkach letniskowych. Kolonie mogą liczyć od 30 do 650 osobników. Samica rodzi w czerwcu zazwyczaj dwa młode, które uzyskują zdolność lotu po 3–4 tygodniach. W czasie odchowu młodych samica często zmienia kryjówki. Młode samice osiągają dojrzałość płciową jeszcze w roku urodzenia, uczestniczą w godach i są zapładniane. Samce zdolność do rozrodu uzyskują w drugim roku życia. Karliki drobne odbywają gody od końca lipca do połowy września. Samiec zajmuje swoje terytorium, które patroluje i którego broni przed rywalami własnego gatunku. W locie odzywa się głosem godowym, wabiąc samice. Otoczenie swojej kryjówki znaczy żółtą wydzieliną gruczołów policzkowych. Niekiedy gromadzi wokół siebie harem, liczący kilka do nawet kilkunastu samic. Karliki drobne ze wschodniej i północnej części zasięgu wędrują na zimę w cieplejsze rejony, przebywając nawet 1000 kilometrów lub więcej.