As fêmeas apresentam o primeiro cio entre 28 e 40 dias de idade, porém não devem ser acasaladas antes dos 50 dias de idade quando deverão ter entre 20 e 30 gramas de massa corporal. Camundongas acasaladas muito jovens ou após 10 semanas de idade apresentam fertilidade reduzida.

A maturidade sexual depende da linhagem, da massa corporal, tamanho da ninhada à qual o animal pertenceu e nutrição.

O ciclo estral dura de 4 a 5 dias. O cio dura em média 12 horas. Não há cio durante a lactação, mas o cio pós-parto está presente.

Quando se mantém várias fêmeas juntas durante um tempo, todas entram em anestro contínuo até que se introduza um macho ou se esponha o odor dele o que fará com que as fêmeas entrem no cio em aproximadamente 72 horas. A sincronização dos cios é conhecido como efeito Witten. A pseudogestação pode prolongar o intervalo entre os períodos de cio. O curto ciclo estral e a utilização do cio-pós parto reduz a necessidade de monitoração do ciclo sexual, ao contrário dos hamsters.

No proestro, o esfregaço vaginal apresenta células epiteliais, algumas células cornificadas e leucócitos. No cio as células cornificadas predominam. No final do metaestro e durante o diestro as células cornificadas diminuem e o número de linfócitos aumenta.

Os camundongos são poliéstricos anuais com poucas variações sazonais. O cio pós parto tem início entre 14 e 28 horas após o parto. Não é recomendado a utilização do cio pós-parto, pois ele retarda a nidação (implantação do embrião na parede do útero) e a gestação de 3 a 5 dias. Se o cio pós-parto não for utilizado, a fêmea retoma o cio entre 2 e 5 dias após o desmame.

A gravidez é diagnosticada pela presença de espermatozóides no esfregaço de lavado vaginal ou a presença de tampão vaginal. Esses sinais são indícios de cópula nas 24 horas passadas. Com o desenrolar da gravidez as estruturas mamárias desenvolvem-se e os fetos podem ser apalpados. Quando o animal está com 13 dias de gestação, sua massa corporal está acentuadamente aumentada. Quando o animal se encontra com 14 dias de gestação, as glândulas mamárias estão com desenvolvimento bem pronunciado.

A gestação dura de 19 a 21 dias. Quando o cio pós-parto é utilizado, e a gravidez ocorre concomitantemente com a lactação, a gestação pode se prolongar de 3 a 10 dias conforme o tamanho da ninhada. A gravidez em camundongos híbridos tende a ser mais curta que em animais isogênicos.

Se 1 fêmea grávida for posta na presença de 1 macho estranho em até 24 horas após a fecundação, a gravidez pode ser interrompida. Este fenômeno é conhecido como efeito Bruce.

Os camundongos preparam ninhos e ao final da gestação as fêmeas constroem ninhos maiores. Esses ninhos podem abrigar 1 ou mais famílias. As fêmeas dedicam grande parte de seu tempo aos filhotes e recuperam os filhotes que eventualmente saiam do ninho (fato observado em todos os roedores de pequeno porte e mesmo de médio e grande porte). Quando mais de 1 fêmea com cria se encontra em um mesmo ninho, os cuidados com os filhotes é compartilhado por todas as fêmeas.

O número de filhotes depende da linhagem e da idade do animal. Em geral a primeira ninhada é sempre menor que as demais ninhadas que a fêmea venha a ter. Entre a segunda e oitava gestação pode-se obter um número máximo de filhotes onde a fêmea pode dar a luz de 10 a 12 filhotes por ninhada. Animais isogênicos (homozigotos ou que possuem padrão genético semelhantes) em geral possuem número menor de filhotes que animais heterozigotos.

Os filhotes são desmamados entre os 21 e 28 dias de idade, quando possuem entre 10 e 12 gramas de massa corporal. Se o cio pós-parto não for utilizado, entre 2 e 5 dias após o desmame o cio é retomado.

Raramente ocorrem mutilações e canibalismo, mas as fêmeas não devem ser perturbadas por pelo menos 2 dias após o parto. O comportamento agressivo pode estar relacionado com a linhagem. Os camundongos possuem sentido de olfação e audição altamente desenvolvidos, por isso, sons ultra-sônicos podem causar convulsões em algumas linhagens e destruição dos filhotes.