Podobnie jak większość ssaków, samce wieloryby mają penisa, a samice mają pochwę; jednak samce utrzymują swoje genitalia w jamie. Łączą się w pary, leżąc między sobą w brzuchu i mogą kojarzyć się ze sobą podczas postoju lub pływania. Zarówno samce, jak i samice łączą się z wieloma wielorybami, aby zwiększyć szanse na rozmnażanie.
Wieloryby osiągają dojrzałość płciową, gdy mają 8 do 10 lat, a samice rodzą co kilka lat. Dokładny czas ciąży zależy od gatunku; podczas gdy humbaki zajmują 11 miesięcy, cielę wieloryba może zająć do 15 lat. Są gotowe do pływania od urodzenia i pielęgniarki do ukończenia 6 miesięcy. Zanim kobieta znowu będzie gotowa, musi odpoczywać przez kolejne sześć miesięcy po odstawieniu jej cielęcia. Jednak więcej gatunków społecznych wielorybów pielęgnuje przez dłuższy czas. Kaszalot pielęgniarki do dwóch lat. Kompletne odstawienie może zająć dodatkowy czas.
Podczas gdy wieloryby są ogólnie przyjazne i towarzyskie, strąki mogą stać się bardzo spięte, gdy mężczyźni walczą o uczucia kobiety. Bardzo rzadko zdarzają się poważne obrażenia podczas tych walk. Dźwięk ich rozmów zmienia się subtelnie, często przyciągając uwagi innych męskich wielorybów, które przybywają, aby się rozmnażać i obniżają szanse na chów wsobny.
