التناسل (التكاثر) معظم أنواع الحيتان موسمية التناسل، أي أنها تتناسل في موسم معين. ويقوم الذكر ويسمى الثور بمداعبة الأنثى وتُسَمَّى البقرة عن طريق القيام ببعض الألعاب والحركات قبل البدء في عملية التزاوج، وأثناء المداعبة تقوم الحيتان بضرب بعضها بعضًا بالزعانف الأمامية. وربما تقفز قفزات رائعة فوق الماء كما تفعل الحيتان الصحيحة والحدباء. وأحيانًا تحتضن الحيتان الحدباء بعضها بعضًا بوساطة زعانفها الأمامية المقوّسة.
وتختلف مدة الحمل في الحيتان باختلاف الأنواع. ولكنها في معظم الأنواع تستغرق فترة تتراوح ما بين 10و12 شهرًا، ومع ذلك، فإن أنثى حوت العنبر تحمل صغيرها لمدة 16 شهرًا. وتلد الأنثى غالبًا مولودًا واحدًا بعد كل حمل ويُسمى عِجلًا، أي أن ولادة التوائم نادرة. وأثناء الولادة قد تقوم إحدى الإناث أو أكثر بمساعدة الأم. وتلدُ الحيتان صغارًا كبيرة الحجم جدًا، فمثلًا يبلغ وزن وليد الحوت الأزرق نحو 1,8 طن متري عند ولادته ويبلغ طوله سبعة أمتار. وبمجرد ولادة الصغير، تدفعه أمه إلى سطح الماء ليتنفس الهواء الجوي للمرة الأولى في حياته.
والحوت الأم شديدة الحرص على صغيرها؛ فتظل ترعاه لمدة عام على الأقل بعد ولادته، وترضع الأمهات صغارهن كبقية الثدييات، وللأم عضلات صدرية خاصة لضخِّ اللبن في فم الصغير. ولبن الحيتان عالي التركيز، ويحتوي على نسبة من الدهن والبروتين والأملاح المعدنية أعلى من تلك الموجودة في ألبان الثدييات الأرضية. ويساعد هذا الغذاء الغني عجول الحيتان على النمو بسرعة كبيرة، فمثلًا صغار حوت العنبر الأزرق تنمو بمعدل 90 كجم في اليوم، وتدوم فترة الرضاعة عند حوت العنبر الأزرق والحيتان الزعنفية لمدة سبعة أشهر، أما في بقية الحيتان، فتستمر لمدة عام تقريبًا.