Vidličnatě nebo keříčkovitě větvené, 50 až 150 mm dlouhé lodyžky bělomechu sivého, stojící v trsech kolmo, jsou nahoře světle zelené, vespod bílé. Lodyžky jsou křehké a velice snadno se lámou, přičemž samčí i samičí rostou v trsu společně. Samčí jsou štíhlejší a užší, samičí jsou širší a odstávající.
Lehce odstávající lístky (fyloidy) na lodyžkách jsou uspořádány do šroubovice, celokrajné, vejčitě kopinaté, čepele dlouhé 3 až 5 mm bez znatelného středového žebra mají zavinutý okraj a vyrůstají z vejčité báze. Mírně vyduté lístky bělomechu sivého mají dva typy buněk - chlorocysty se zeleným barvivem, které dokáží asimilovat, a tzv. hyalocysty, které jsou uzpůsobeny k absorbování velkého množství vody. Zbarvení se mění od nápadně bělavého (za sucha) až po světle zelené (za mokra).
Zkroucený a tmavě červený štět tohoto druhu mechu je 30 až 70 mm dlouhý, nese velice malou, 1 až 2 mm dlouhou lesklou tobolku, která je u báze přiškrcená a podélně zbrázděna osmi rýhami. Tobolku kryje víčko se zobánkem, sporé výtrusy dozrávají v jarních měsících.
Bělomech sivý je typickým mechem kyselých podzolovitých půd jehličnatých lesů, především smrkových, nalézt jej ale můžeme i v borových lesích a nebo v doubravách. Roste jak na holé zemi, tak na kamenech a sutích, rašelině i tlejícím dřevě. Od nížin až po horní hranici lesa, jen v nejvyšších polohách jej u nás nenalezneme. Má rád polostín.
Rozsáhlé koberce tohoto mechu, který byl v minulosti využíván jako termoizolace a nebo dekorace, dokáží v lesích absorbovat ohromné množství vody a velice účinně bránit přirozenému zmlazení dřevin. V našich končinách jde o poměrně rozšířený druh, který se vyhýbá jen bazickým podkladům. Možnost záměny za příbuzný bělomech skalní (Leucobryum juniperoideum) s odlišnou ekologií.
