Żółwie morskie wychodzą na brzegi mórz, aby na piaszczystych plażach składać jaja. Często czynią to gromadnie. Samica w celu złożenia jaj zazwyczaj, chociaż nie zawsze, rok po roku powraca na tę samą plażę. Zdarza się, że składa ona jaja w tym samym miejscu, gdzie sama wykluła się 20 - 30 lat wcześniej.

Aby dotrzeć do plaży i złożyć jaja, niektóre żółwie morskie podejmują bardzo długie wędrówki na dystansie 1000 kilometrów lub nawet więcej. W czasie tych podróży orientują się za pomocą układu gwiazd na niebie i węchu, dzięki któremu potrafią wyczuć znajomą plażę z odległości nawet kilkuset kilometrów.

Po dotarciu na miejsce samice wykopują w piasku dół wielkości wiadra, używając do tego swoich tylnych kończyn, i składają do jego wnętrza nawet do 100 jaj. Jaja mają wielkość piłeczki pingpongowej. Rozwój zarodka w żółwim jaju trwa dwa, trzy miesiące, co w dużym stopniu zależy od temperatury. Ciekawe jest to, że płeć żółwiego potomstwa jest zależna od temperatury, w jakiej następuje inkubacja jaj. Jaja sztucznie inkubowane w wysokich temperaturach dawały samice, a w niskich temperaturach samce. W wolnej przyrodzie temperatura otoczenia jest zmienna, więc szansę na to, że młode będą miały określoną płeć też się zmieniają, ale w określonych sytuacjach (na przykład wyjątkowo ciepły lub zimny sezon, określona głębokość dołu lub usytuowanie gniazda) z jaj mogą się wykluć osobniki tylko jednej płci.

Krótko po wykluciu się z jaja młody żółwik wygląda jak doskonała miniaturowa kopia swojego rodzica, czasami tylko jest bardziej kolorowy. Na końcu pyska ma mały wyrostek, tzw. ząb jajowy, którego używał do rozerwania powłoki jaja. Po kilku tygodniach wyrostek ten odpada.