La capacidad de reproducción de los cetáceos es relativamente baja comparada con la de otros mamíferos.
En la reproducción de las ballenas, la hembra pare una sola cría tras un periodo de gestación que varía entre nueve y dieciséis meses, según la especie. Normalmente, tiene una cría cada tres años.
Estas crías se suelen llamar ballenatos. Pesan alrededor de 2 toneladas al nacer y miden sobre los cuatro o cinco metros. Tienen la capacidad de nadar desde el primer momento.
Las crías de las ballenas crecen muy rápido, aproximadamente 3 centímetros por día durante los primeros dos meses de vida. En parte, esto es debido a que la leche de ballena es muy nutritiva, tiene un alto porcentaje en grasa. Pasan entre siete y doce meses tomando leche de su madre. Este amamantamiento no es inconsciente, a diferencia de los seres humanos.
Durante este tiempo las crías acompañan a sus padres en los movimientos migratorios. Todo el grupo se encarga de protegerlos. El contacto físico es una constante en el comportamiento de una ballena y su cría. Las ballenas alcanzan la madurez sexual entre los seis y trece años de edad. Debido a factores ajenos, como la caza y casi extinción de esta especie, la edad de la madurez sexual se ha adelantado ya que las ballenas jóvenes tienen un crecimiento más rápido al tener que sustituir a sus progenitores. La edad que puede alcanzar una ballena depende de sus condiciones físicas, de la especie y de factores externos como las acciones del ser humano. Las hembras entran en celo varias veces durante el año.

El apareamiento puede darse en cualquier estación, pero la más habitual suele ser la de verano. Los científicos están de acuerdo que antes del acto de copular, las ballenas tienen un cierto juego previo que consiste en roces cada vez más fuertes. Las ballenas no tienen sentido del olfato, así que el macho no puede oler a la hembra cuando está en celo, sino que será esta la que se lo haga saber al macho.

Podemos distinguir dos tipos de copulación. En el primero, el miembro masculino se introduce a medias en la vagina de la hembra. Este acto no dura más de diez segundos. En el segundo tipo, se introduce totalmente y suele tener una duración de treinta segundos.