Kotowate są hiperdrapieżnikami, ograniczającymi się w zasadzie do pokarmu mięsnego. Nie stanowi tu wyjątku także ocelot nadrzewny. Poluje przede wszystkim na nadrzewne ssaki. Wymienia się wśród nich wiewiórkowate, dydelfowate i nadrzewne myszowate. Poluje także na ssaki naziemne, jak to czyni większość także nadrzewnych kotowatych. Tutaj wymienia się wśród ssaków również rozmaite myszowate, kawiowate, agutiowate, pakowate i króliki, a nawet niewielkie małpy. Prócz ssaków poluje ocelot nadrzewny na ptaki takie jak kusacze czy czubacze, na gady, jak jaszczurki, i płazy, nie gardzi także owadami. Przeciętna masa zdobyczy to 250 g. Zdobycz zwierzęcą uzupełnia jednakowoż owocami.
Ocelot nadrzewny nawet w Amazonii występuje rzadziej, niźli to niegdyś oceniano. Zagęszczenie mieści się ogólnie w przedziale od 1 do 5 sztuk na 100 km², aczkolwiek zdarzają się niewielkie tereny, na których wartości te są znacznie większe, osiągają 15–25 margajów na 100 km².
Czynnikiem zmniejszającym zagęszczenie ocelotów nadrzewnych do wielkości niekiedy nie pozwalających na przetrwanie populacji jest obecność ocelotów wielkich, większego gatunku z tego samego rodzaju.