El proceso de reproducción de caballitos de mar es muy interesante, los estudios demuestran que los machos y hembras se cortejan durante varios días. Durante ese período de tiempo inician lo que parece ser un ritual de baile, realizando movimientos al unísono de forma que ambos logren una sincronización perfecta. Los machos y las hembras a menudo se parecen mucho, los expertos han sido capaces de distinguirlos antes de la cópula por el aspecto que tienen en la zona abdominal, las hembras tienen la piel de esta área áspera y pronunciada, mientras que los machos la tienen muy suave y con una bolsa.
Cuando llega el momento de aparearse, la hembra deposita hasta 1500 huevos en esa bolsa, que no es muy grande pero los huevos son increíblemente pequeños. Cuanto mayor sea el tamaño de la especie de caballito de mar, mayor será el tamaño de los huevos.
El macho se llevará los huevecillos durante 45 días y luego nacerán las crías completamente desarrolladas. Durante este período de tiempo, las hembras van a chequear el estado de los huevos diariamente. Los jóvenes nacen en la noche generalmente, pero puede darse el caso en que lo hagan durante el día. Los machos se vuelven muy agresivos mientras cargan a sus hijos, esto los ayuda a asegurarse de que podrán crecer y madurar sin problemas hasta el momento de su nacimiento. Además sus cuerpos lucirán muy hinchados hasta ese entonces. Se cree que este cambio de apariencia ayuda a alejar a los depredadores, como los caballitos de mar no cuentan con grandes mecanismos de defensa, esta transformación les sirve en ocasiones para evitar que otras criaturas se acerquen.
Las crías son liberadas en el agua y al instante son abandonados por el padre. Luego de esto, es posible que al día siguiente la hembra ponga más huevos en la bolsa del macho, siempre y cuando se hayan apareado por primera vez a inicios de la temporada.
Los jóvenes caballitos de mar tienen que cuidar de sí mismos cuando nacen y esta es la causa por la que tienen una alta tasa de mortalidad. Menos del 1% de ellos logra vivir hasta la edad de reproducción, aquellos que lo hacen pueden durar de 4 a 6 años de edad.
En muchas áreas existen granjas que trabajan específicamente para aumentar el número de individuos en la población de caballitos de mar. Se basa en la captura de las crías para protegerlas y asegurarse de que sobrevivan a las primeras etapas de la vida. Luego son devueltas a su hábitat natural a medida que van madurando. Sin embargo, esto es sólo una solución temporal y no una solución para lugares donde la población ha disminuido notablemente.
A menudo se escucha que una pareja de caballitos de mar se une para toda la vida, sin embargo la realidad es que muchas especies sólo mantienen a su compañero de reproducción durante una temporada. Se sabe que pueden convivir en grupos y que a menudo ocurren intercambios de compañeros dentro de los mismos. Esa dinámica puede variar en dependencia del tipo de caballito de mar y de lo que ocurre en su hábitat. Cuando su ambiente natural se altera, pueden surgir algunos cambios en la forma en que encuentran pareja, así como en la decisión de si se quedan juntos o no.