Algo curioso sucede con el sistema reproductor de las aves: cuando no están en época reproductiva, los órganos reproductores o gónadas se achican; esto reduce su peso y, en consecuencia, facilita el vuelo. Los machos poseen un par de testículos. En las hembras de muchas aves usualmente funciona el ovario izquierdo, mientras que el derecho permanece atrofiado.

Al inicio de la época reproductiva, los órganos sexuales aumentan de tamaño. Los testículos, por ejemplo, pueden aumentar hasta en cientos de veces.

Algunas aves tienen estructuras similares al pene; por ejemplo, en tinamúes y ciertas aves acuáticas. Sin embargo, la mayoría de las aves carecen de genitales externos; para aparearse, deben tener contacto cloaca con cloaca. Usualmente, el macho coloca su cola bajo la de la hembra y ella, por su parte, adopta una posición receptiva. La duración de la cópula es muy variable; mientras que en algunas especies dura tan solo unos segundos, en otras dura hasta 25 minutos. Algunas, como las golondrinas, pueden copular mientras están en el aire.

En la hembra, los componentes nutritivos de la yema de huevo (proteínas, lípidos) se fabrican en el hígado y se transportan al ovario por medio de la sangre. Ahí se reúne con el óvulo o célula sexual femenina, producido en el ovario funcional de la hembra. El óvulo, junto con la yema, maduran y bajan a lo largo de un tubo denominado oviducto. En este último, puede ocurrir la fertilización, es decir, la unión del óvulo con el espermatozoide.

En caso de darse la fertilización, horas después se va formando el embrión (la futura ave). Cada sección del oviducto va añadiendo una parte a la yema a medida que esta baja por él; de esa manera se va formando un huevo, como en una especie de línea de ensamblaje.

El embrión (o el óvulo con la yema, si es que no ocurrió fertilización), al pasar por la sección del oviducto llamada magnum, recibe el añadido de la clara o el albumen que protege al embrión de golpes y de gérmenes. Luego, baja hacia el istmo, donde se forman unas membranas alrededor de la clara.

En el útero de la hembra se añade la cáscara y varios pigmentos. Finalmente, el huevo pasa a través de la vagina y sale por la cloaca. La mayoría de las aves depositan sus huevos en la mañana, después de que la cáscara dura se ha ido formando en la noche, mientras duermen.

Dentro de la cáscara porosa del huevo, están tres membranas: el amnios, el corion y el alantoides. Este sistema de membranas tiene vasos sanguíneosque permiten al ave en desarrollo obtener oxígeno y desechar dióxido de carbono.

Los pingüinos y otras aves marinas ponen un solo huevo; sus pichones necesitan muchos cuidados. Las palomas, colibríes y aves de percha ponen dos, generalmente. Las gallinas y patos pueden poner hasta quince huevos. Algunas aves pueden reemplazar huevos si se les sustrae, pero otras especies no.

Los huevos pueden tener diferentes colores, formas y tamaños. Gallinas, palomas, búhos, vencejos, loros y colibríes ponen huevos de cáscara blanca. Tinamúes, zorzales, garcetas y muchas otras aves ponen huevos de color azul o verdoso, con motas o sin ellas. Las aves que anidan cerca de riscos, tienen huevos piriformes, es decir, en forma de pera. Esto evita que el huevo salga rodando sin control y se rompa. En lugar de eso, el huevo gira en círculos hasta detenerse. Las aves que anidan en huecos, donde hay poca probabilidad de que el huevo rote y caiga, usualmente ponen huevos redondos.