大，呈管状，视网膜上仅有一个中央窝，同许多夜行性的猫头鹰一样，灰林鸮仅有视桿细胞而没有视锥细胞，因此拥有很好的夜视能力。灰林鸮的视网膜上每平方毫米约有56000个视桿细胞，以前以为它可以看到红外线的部份，但其实它的视觉敏感度与人类的差不多，已经达至陆生嵴椎动物视网膜解析度的极限。灰林鸮的两只耳朵有不同的结构，分佈位置不对称，用以加强听觉定位。在头颅骨内的管道连接着鼓膜，两耳的声音会于不同时间到达鼓膜，令牠可以判断声音的来源。一般左耳孔较右耳孔高及向下倾斜，有助于增强对由下而来的声音的敏感度。两个耳孔都是