Heize den Backofen auf 200 °C Ober- und Unterhitze vor. Fette eine Auflaufform mit Butter ein.
Putze die Champignons mit einer Bürste und schneide sie in Scheiben. Schäle die Zwiebel und hacke sie fein.
Erhitze 1 EL Butter in einer Pfanne. Gib die Zwiebeln hinein und brate sie glasig an. Füge die Champignons hinzu und brate sie bei mittlerer Hitze, bis sie leicht gebräunt sind. Würze sie mit Salz und Pfeffer.
Schmilz 2 EL Butter in einem Topf. Gib das Mehl dazu und rühre gut um, bis eine glatte Masse entsteht. Gieße die Milch langsam unter ständigem Rühren hinzu, bis eine cremige Soße entsteht. Würze sie mit Salz, Pfeffer und Muskatnuss. Gib zum Schluss den Thymian hinein und lass ihn in der Soße ziehen.
Fülle die angebratenen Champignons in die Form und übergieße sie mit der Béchamelsoße. Streue den geriebenen Käse darüber und backe das Gratin etwa 20 Minuten, bis die Oberfläche goldbraun und knusprig ist.