พะยูนไม่มีฤดูกาลสืบพันธุ์ที่แน่นอนตายตัว วัยเจริญอยู่ในช่วง 8-18 ปี ใช้เวลาตั้งท้องประมาณ 11-15 เดือน โดยปกติจะคลอดลูกครั้งละ 1 ตัว แต่ก็มีบางครั้งที่ออกเป็นลูกแฝด ลูกพะยูนจะอยู่กับแม่เพื่อกินนมเป็นเวลา 2 ปี จึงหย่านม ซึ่งตลอดระยะเวลาพะยูนตัวที่เป็นพ่อจะยังคงช่วยเลี้ยงดูด้วย แต่รายงานส่วนใหญ่กล่าวว่าพะยูนเพศผู้มักไม่ช่วยเลี้ยงลูก เพียงแต่ทำหน้าที่ฟสมพันธุ์แล้วก็แยกย้ายกันไป

พะยูนเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จึงมีระบบรกเพื่อช่วยส่งเลือดไปเลี้ยงตัวอ่อนในมดลูก แต่เนื่องจากความที่ต้องอาศัยอยู๋ในน้ำ ทำให้มีวิวิฒนาการของรกเป็นแบบไม่หลุดออก (Non-Dleciduous Placental) เพื่อป้องกันมิให้เสียเลือดออกไปมากขณะคลอดลูกในน้ำอีกทั้งยังมีาระบบแข็งตัวของเลือดที่รวดเร็วมาช่วยป้องกันการเสียเลือดอีกทางหนึ่ง

ลูกอ่อนที่ออกมาจะเกาะดูดนมจากเต้าแม่ตรงตำแหน่งหน้าอกใต้ครีบอกทั้งสองข้าง โดยแม่พะยูนอาจว่าน้ำเอียงตัวให้ก่อนพร้อมทั้งใช้ครีบอกช่วยพยุงประคองลูกอ่อนไว้จนเมื่อลูกแข็งแรงสามารถดูดนมได้เองจากด้านล่างขณะว่ายน้ำ

ตลอดช่วงอายุของพะยูนเพศเมีย ซึ่งยืนยาวกว่า 50-55 ปี นั้นสามารถให้ลูกได้เพียง 5-6 ตัวนี่คงเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้พะยูนใกล้สูญพันธุ์