El proceso de reproducción de las tortugas marinas es importante pues es lo que mantiene a las diversas especies vivas. La edad de madurez varía significativamente de una especie a otra. Para algunas, se produce a los 4-5 años de edad, para otros, es tan tarde como a los 15-20 años de edad. Esto dependerá del tipo de especie de tortuga marina de la que se esté hablando.
El proceso de apareamiento tiene lugar en el agua, por lo que no se conoce demasiado al respecto, pero se sabe pues los machos no salen a la costa. Ellos siempre permanecen en el agua en la mayoría de las especies de tortugas marinas. Se cree que el proceso de cortejo debe tener lugar durante varias semanas antes de que el apareamiento se produzca. Los machos compiten entre sí para ver quién puede alzar su cuello más alto.
Es muy común que haya más machos que hembras, por lo que son ellas quienes eligen con quien aparearse. No es raro que los machos y las hembras viajen cientos de kilómetros para llegar a donde se aparean y ponen sus huevos. Las hembras mayores pueden tener marcas en la espalda debido al proceso de apareamiento, se cree que los machos utilizan las garras en sus aletas delanteras para aferrarse a la hembra mientras el apareamiento se lleva a cabo.
Se especula que el apareamiento en aguas más frías se traducirá en una descendencia en su mayoría machos y cuando el apareamiento tiene lugar en aguas cálidas entonces la descendencia será en su mayoría mujeres. También se cree que más machos sobreviven a la madurez que hembras. Aún no se sabe la razón de esto.
A las pocas semanas del proceso de apareamiento, la hembra está lista para ir a la costa. Ella excavara un nido y para poner sus huevos. Dependiendo de la especie de tortuga marina, pueden depositar de 100 a 200 huevos de una vez. Muchas especies de tortugas marinas son capaces de volver al agua, aparearse otra vez, y volver a crear un nuevo nido. Pueden hacer esto dos o tres veces a lo largo de la temporada de apareamiento. Algunos de ellos son capaces de poner más huevos sin tener que aparearse de nuevo con el macho.
En algunas especies de tortugas marinas todas las hembras irán a tierra al mismo tiempo para depositar los huevos. Cavan un nido grande y todos ponen sus huevos en un solo lugar. Resulta una experiencia fascinante verlos hacer esto y trabajar juntos. También es entretenido ver salir a las crías y hacer su camino hacia el agua. El período de incubación de los huevos es de 30 a 60 días dependiendo del tipo de tortuga marina.
La madre nunca vuelve a comprobar sus huevos o a asociarse con los jóvenes. Muchos de ellos mueren porque no pueden salir de la cáscara, otros se convierten en comida para las aves y otros depredadores de la zona, incluso en el agua estas crías se convierten en alimento para muchas formas de vida acuática. También está el elemento humano, que recogen los huevos de tortugas marinas para alimentos en vez de dejar que nazcan. Se estima que sólo el 10% de las crías sobrevivirán hasta la adultez.
Existen investigaciones que indican que las hembras seguirán el mismo patrón año tras año. Ellas migran a la misma ubicación para depositar sus huevos durante toda su vida. También parece que las crías volverán al mismo lugar donde nacieron. Sin embargo más información necesita ser examinada para explicar este fenómeno.