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A estrela do mar se reproduz sexual e assexuadamente. Durante a reprodução sexual, duas estrelas do mar liberam seus gametas na coluna de água, onde ocorre a fertilização. Os ovos fertilizados se desenvolvem em larvas de natação livre, que eventualmente se estabelecem no fundo e metamorfosearam em estrelas do mar juvenil. Uma única estrela do mar pode produzir milhões de ovos, mas apenas uma pequena fração destes sobreviverá até a idade adulta.
Durante a reprodução assexual, uma estrela do mar pode dividir seu corpo em dois, criando dois novos indivíduos. Esse processo é conhecido como fissão. A fissão geralmente ocorre quando a estrela do mar é ferida ou estressada, e pode ser uma maneira de a estrela do mar se regenerar partes do corpo perdidas.
O número de jovens que uma estrela do mar depende das espécies e das condições ambientais. Algumas espécies de estrelas do mar podem produzir até 200 milhões de ovos em um único evento de desova, enquanto outras podem produzir apenas alguns milhares. A taxa de sobrevivência das larvas de estrela do mar também é altamente variável e pode ser influenciada por vários fatores, incluindo predação, doença e disponibilidade de alimentos.