小海龜一般經過 20～25 年的生長，就可以繁殖了，當然這還取決於很多因素，比如食物的可獲得性。
大多數海龜都是獨居動物，只有在交配季節才會聚集在一起。性已成熟並準備繁殖的海龜，從它們的覓食地遷移到它們原先「出生」的海灘。雌海龜每 2～3 年遊回來一次，而雄海龜每年遷徙一次。
對海龜來說，交配實際上是一項危險的活動。雄海龜要抓住雌海龜，雌海龜必須同時支撐住雄海龜和雌海龜的重量，還得定期浮出水面呼吸空氣。
海龜的交配是一種罕見而令人驚奇的現象。
作為求愛行為的一部分，雄海龜會靠近雌海龜，輕輕地咬她的脖子和四肢。如果雌海龜不試圖逃跑，雄海龜就會爬到雌海龜的背上，用前肢鉤住雌海龜的甲殼，交配可以發生在水面或水下。
雄性和雌性的生殖器官都位於尾巴底部的洩殖腔中——一個結合了腸道、泌尿和生殖的器官。雄性的尾巴很長，而雌性的尾巴很短。
交配需要幾個小時。之後，雄海龜還會試圖抓住配偶，防止其他雄海龜再與之交配。有時幾頭雄性海龜可能同時爭奪一隻雌性，因而雄性之間會發生激烈地相互撕咬。但通常雄海龜和雌海龜分開後，它們又會與其他海龜交配。一隻雌性會與幾隻雄性交配，並將精子儲存 15 天以上，直到它能夠使所有卵子受精並開始產卵。交配後一般 15 天，雌性就進入沙灘產卵（綠海龜）。產卵，俗稱「下蛋」，在某一沙灘進行，場面有時很大，可謂「車水馬龍」。
一隻雌海龜一個季節能產下幾窩受精卵，這些卵可能來自不同的父親，這有助於種群的遺傳多樣性。整個產卵過程，雌海龜顯得很疲憊，行動非常緩慢。產完後，海龜就用沙子蓋住卵窩，然後慢慢爬回大海，讓小海龜們自己照顧自己。
築巢和產卵通常在晚上進行。
不同海龜的產卵數因種類不同而有所差異，每窩卵大致在 50～200 個左右。
埋於沙灘中的卵孵化時間有長有短，與種類、溼度及溫度有關，而雨季孵化通常需要更長的時間。
綠海龜的卵直徑 35～58mm。孵化時間在 30～90 天之間；奇怪的是幼龜的性別也與孵化的溫度有關，如綠海龜在低於 28.5℃的較冷環境下孵化的幼龜雄性多於雌性，而高於 30.3℃的溫暖條件下孵化的幼龜雌性多於雄性。
剛孵化出殼的幼龜，腹甲為黃色或白色，背甲及皮膚為黑色。體長約 5cm，平均重為 25 克。本能，使它們即刻爬向大海，「龜生」自此開啟。