Si les adultes des libellules exercent toutes leur fonctions vitales dans l’air, les larves se développent dans l’eau. Le cycle de vie commence par l’œuf, qui est pondu par la femelle avec deux différentes modalités selon les espèces. Quelques-unes pondent les œufs en les introduisant dans la végétation aquatique (généralement Zygoptères et Aeshnidae), les autres directement dans l’eau. Lesœufs éclosent en deux-quatre semaines et paraissent les larves, qui complètent leur développement dans l’eau. Il s’agit de habiles prédateurs, qui se nourrissent de plancton animal, petits vers, larves d’insectes et larves de libellules plus petites. La vie larvaire dure de quelque mois à quelques années, selon les espèces. Enfin, après une série variable de stades de développement, la larve est prête pour se transformer en adulte. Il s’agit d’un moment très délicat: elle sort de l’eau et commence une phase qui peut durer jusqu’à quelques heures, pendant laquelle elle rompt le tégument en faisant sortir d'abord la tête, puis le thorax et enfin les ailes et l’abdomen. Dans ce moment particulier, appelé “émergence”, les ailes n’ont pas encore la consistence et la forme définitives et donc celle-ci est une phase pendant laquelle la libellule est particulièrement vulnérable. Quand tout le processus s’est complété, la libellule adulte (“imago”) s'envole, en laissant le tégument vide de l'état larvaire (appelé “exuvia”). En quelques jours elle devient active sexuellement et est prête pour la reproduction.

L’accouplement se produit d’un façon sans égal dans le monde animal. Les organes génitaux du mâle et de la femelle sont situés dans la partie distale de l’abdomen. Pour amener le sperme aux organes génitaux féminins, le mâle le déplace de la fin de l’abdomen à des pièces copulatrices situées au début de l’abdomen. Quand le mâle trouve une femelle, il l’agrippe avec les cerques juste derrière la tête et la contraint à l’accouplement. La femelle alors conduit la partie distale de son abdomen au contact des pièces copulatrices du mâle. En ce moment le deux libellules jointes costituent ensemble une caractéristique forme à cœur.

La fertilisation est retardée et se produit lors de la ponte des œufs. Le mâle peut s’éloigner en laissant la tâche à la femelle ou peut observer de près (en chassant des éventuels autres mâles qui pourraient l'ennuyer) ou même peut participer en restant agrippé à la femelle et en la conduisant à la ponte (ponte “en tandem”, typique des Sympétrums, par exemple).