Статевим шляхом хламідомонада починає розмножуватися, коли настає несприятливий період. Вона втрачає джгутики і утворює в собі багато гамет (статевих клітин). Гамети зливаються попарно, їх ядра поєднуються. Зигота, що утворилася, одягається міцною оболонкою і в такому вигляді зберігається до кращих часів.
