在自然环境下，淡水小龙虾达到性成熟需要6-12个月，性成熟时大多体重在25g以上。偶尔会发现15g重的母虾。但在产卵群体中，以体重30g以上的个体为主。同龄亲虾中，雄虾略大于雌虾，性别比为1:1。淡水小龙虾的性成熟周期因虾苗的生长环境而异。在长江流域，春季孵化的虾苗可性成熟至10-12月；夏秋季孵化的虾苗，越冬至次年5-10月，即可性成熟。每年的9月至11月初，是春、夏、秋三季繁殖的虾类达到性成熟并产卵繁殖的重叠区，所以这个时期是淡水小龙虾产卵相对集中的繁殖高峰期。
交配产卵
只要水温适宜，淡水小龙虾一年四季都可以交配产卵。在自然环境下，淡水小龙虾产卵有两个高峰期，一个是5月份左右，另一个是9-11月份。在我国大部分地区，淡水小龙虾一年中的产卵高峰期主要在9月至11月。一到二月，因为水温太低，很少有虾产卵。3、8月份，水温开始缓慢上升，当上升到12以上时，性成熟的亲虾会有积极的交配和产卵，性腺成熟的雌虾会蜕皮一次。雌虾蜕壳时，雄虾往往会提前在雌虾附近等候。一般在雌虾完成蜕皮后4小时左右，雄虾与雌虾接触。
交配时，雄虾用一对有力的大爪(第一爪足)夹住雌虾的大爪，胸腹部紧紧贴在雌虾身上，然后雌雄相拥。交配时间不一，一般10-20分钟，最短的也不过5分钟，长者可达1小时以上。在交配产卵之前，交配次数是不确定的。有的交配一次就能产卵，有的交配3-5次就能产卵。交配间隔短的几个小时，长的10多天。精子和卵子结合后受精过程就完成了。存在雌雄虾重复交配的现象。有些雌性在交配后几天内就能产卵，大多数雌性在交配后两个多月就能产卵。
在自然水域，淡水小龙虾的产卵行为大多是在洞穴中进行的。产卵时，虾体弯曲，游动的脚不断拍动，保护产下的卵，使卵通过精囊而受精。受精后，卵附着在游动足的刚毛上，随着虾体的延伸，卵逐渐产生。整个产卵过程大约需要10-30分钟。新生的卵呈球形，浅黄色或深褐色。随着胚胎的发育，受精卵逐渐变成褐色，未受精卵逐渐变成混浊的白色，离开虾体。淡水小龙虾产卵少，产卵量与亲虾的大小和营养有关。
胚胎发育
淡水小龙虾产卵后抱卵孵化，胚胎发育需要较长时间，胚胎发育进程与水温有关。在正常生长温度范围内，水温高时孵化期短，水温过低时孵化期可长达2个月。例如，在10-15的一般条件下，幼虫孵化出膜需要40-50天；在22-25时，孵化幼虫需要19-25天。受精卵的颜色会随着胚胎的发育而变化。受精卵的颜色在初产时是深棕色，后期逐渐变淡。眼斑出现后，卵的颜色变为褐色，部分黑色区域变为透明，说明胚胎已经成熟，幼虫即将孵化。在整个孵化过程中，亲虾的游动脚会不断摆动，形成水流，保证受精卵孵化对溶解氧的需求。同时，亲虾会利用第二、三步，及时排除未受精卵和患病坏死的受精卵，保证孵化的顺利进行。
幼体发育
初孵的期幼虫体色苍白，橙色或浅褐色，以卵黄囊为营养源。淡水小龙虾的亲虾有照顾幼虾的习惯。孵化后，期幼虫寄生在母虾的腹肢上。仔虾头胸甲膨大透明，尾扇内外肢未形成，仅有尾节，与成虾明显不同，无活动能力。蜕皮一次后，蜕变为二期幼虫，外观上与成虫无明显区别。它具有流动性，偶尔会离开母体以藻类和有机碎屑为食，但大部分时间仍紧贴母虾腹部寄生生活。当发育到第三期幼体时，其活动能力明显增强，一般会围着母虾活动觅食，一旦受到干扰或有危险就会回到母虾的肚子里。第三阶段后，虾苗形态与成体完全一致，体长约1.0厘米，开始独立生活。当水温或洞内温度为20-32时，大约20-30天就会离开母体。晚秋孵化的幼虫在越冬后离开母体之前，会附着在母体上几个月。由于母虾有照顾幼体的习性，虽然产卵量少，但幼体存活率高，这也是淡水小龙虾的分布范围和自然资源能在短时间内迅速扩大和增加的原因之一。在适宜的生长环境下，经过三个月的生长，孵化出的期仔虾可长成25-40克重的商品虾，生长速度较快。
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