Okres lęgowy Toki Początek okresowi godowemu daje fletowy śpiew samca, wabiąc tym samym samicę przelatywaniem w pobliżu wybranej dziupli. Ten przylatuje wiosną o kilka dni wcześniej niż samica. Tworzone pary są monogamiczne. W czasie wyprowadzania lęgów muchołówki małe stają się ptakami terytorialnymi – samiec odzywa się do 300 m od gniazda. Obszar jest dużo większy w porównaniu z innymi gatunkami muchołówek. W populacji liczebnie samce przewyższają samice. Te, które nie przystępują do rozrodu, śpiewają bardzo intensywnie do końca czerwca.
Gniazdo Okres lęgowy trwa od czerwca do lipca – 1 lęg w ciągu roku. W płytkiej półotwartej dziupli (także w skrzynce lęgowej o większym otworze zawieszonej 2 m nad ziemią, odległość między nimi 20–30 m), w niszy, szczelinie drzewa, za odstającą korą lub w kącie gałęzi, luźno usłane z suchych źdźbeł traw, liści, delikatnych korzeni i mchu. Wysłane jest drobnym włosiem, zielonym mchem i liśćmi. Jego średnica dochodzi do 10 cm i budowane jest przez samicę.
Jaja thumb|Jaja z kolekcji muzealnej 5–6 (niezwykle rzadko 7) jaj, na kremowym lub zielonkawym tle obficie nakrapiane rdzawymi plamkami. Znoszone są w połowie maja. Przylot w maju, odlot w sierpniu.