Le balene grigie adulte si nutrono principalmente di piccoli crostacei chiamati krill e altri piccoli invertebrati come anfipodi e copepodi . Mangiano anche dei piccoli pesci.
Per trovare il loro cibo, le balene grigie usano una tecnica chiamata mud-plugging . Raccolgono grandi quantità di sedimenti dal fondo dell'oceano, usando le loro piastre di baleen per filtrare le particelle di cibo ed espellere il fango e l'acqua.