海马繁殖十分有趣。雄海马在性成熟前，尾部腹面两侧长起两个条状的皮褶，随后皮褶的生长逐渐愈合成一个透明的囊状物——孵卵囊，这是一种奇怪的育儿袋。
每年春夏相交的时候，雌雄海马在水中相互追逐，寻找情侣，雌雄海马的尾部互相缠在一起，腹部相对。雌海马细心地把卵子排到了雄海马的育儿袋中，待雄海马给卵子受精后，育儿袋就会自动闭合起来。这时雄海马就担当起了“妈妈”的角色，肩负起了孕育后代的责任。育儿袋的内皮层有很多枝状的血管，同胚胎血管网相连，提供胚胎发育所需要的营养和氧气，保证受精卵顺利地孕育成小海马。
“胎儿”在育儿袋中经过20天左右的“孕期”，小海马就发育成熟了。这时候雄海马的肚子很大，海马爸爸要“分娩”了。只见疲惫不堪的雄海马用它那能蜷曲的尾巴，无力地缠绕在海藻上，依靠肌肉的收缩，不停地前俯后仰做伸屈般的摇摆动作，每向后仰一次，育儿袋的门便开一次，小海马一条接一条地被弹出体外。
海马的繁殖能力很强，雌海马一年产卵10～20次，每次雄海马可以生育出30～500条小海马。