Le calmar s'engage dans la fécondation interne, mais plutôt que d'utiliser un pénis pour le transfert de spermatozoïdes, les mâles placent un paquet de spermatozoïdes, appelé spermatophore, dans le manteau ou la cavité corporelle de la femelle ; cependant, les différentes espèces de calmars présentent des variations par rapport à ce modèle général. Peu de temps après ce transfert de sperme, la femelle excrète les œufs fécondés dans l'eau.
De nombreuses espèces de calmars mâles possèdent de longs tentacules ou bras spécialisés pour transférer les spermatophores. Dans de nombreux cas, ces tentacules se brisent une fois à l'intérieur de la femelle. Certaines espèces se livrent à des rituels de parade nuptiale élaborés qui comportent une « danse nuptiale » et des spectacles visuels époustouflants dans lesquels le calmar change rapidement de couleur. Les femelles de certaines espèces ne s'accouplent qu'avec un seul mâle tandis que d'autres sont polyandres et s'accouplent avec jusqu'à trois mâles différents à trois moments différents. Chez certaines espèces, les mâles les plus gros sont les reproducteurs les plus prospères tandis que chez d'autres, les mâles ne sont même pas aussi gros que les femelles.
La plupart des calmars sont sémelpares, ce qui signifie qu'ils ne se reproduisent que pendant une saison avant de mourir. Alors que certaines espèces vivent longtemps et sont capables de se reproduire pendant des saisons consécutives, de nombreuses espèces de calmars connaissent un taux de mortalité très élevé. Cela fait qu'il est rare que les calmars vivent assez longtemps pour se reproduire deux fois.
