Comme la plupart des mammifères, les baleines mâles ont un pénis et les femelles ont un vagin ; cependant, les mâles gardent leurs organes génitaux cachés dans une cavité. Ils s'accouplent sous l'eau, couchés ventre à ventre les uns avec les autres, et peuvent s'accoupler à l'arrêt ou en nageant. Les mâles et les femelles s'accouplent avec plusieurs baleines pour augmenter les chances de reproduction.
Les baleines atteignent la maturité sexuelle à l'âge de 8 à 10 ans, et les femelles mettent bas une fois toutes les quelques années. Le temps de gestation exact varie en fonction des espèces; alors que les baleineaux à bosse prennent 11 mois, les cachalots peuvent en prendre jusqu'à 15. Ils sont prêts à nager dès la naissance et à allaiter jusqu'à l'âge de 6 mois. Avant que la femelle ne soit prête à s'accoupler à nouveau, elle doit se reposer encore six mois après le sevrage de son veau. Cependant, les espèces de baleines plus sociales allaitent plus longtemps. Les cachalots allaitent jusqu'à deux ans. Le sevrage complet peut prendre plus de temps.
Alors que les baleines sont généralement sociales et amicales les unes avec les autres, les groupes peuvent devenir très tendus une fois que les mâles se battent pour l'affection d'une femelle. Cependant, il y a très rarement des blessures graves lors de ces combats. Le son de leurs appels change subtilement, attirant souvent l'attention d'autres baleines mâles qui arrivent pour se reproduire et réduire les chances de consanguinité.
