Vlinders overwinteren vaak als volwassen vlinder of als pop en komen in het begin van de lente tevoorschijn. De mannetjes en vrouwtjes zoeken elkaar vervolgens op voor de paring om zo nageslacht te produceren.

De vrouwtjes scheiden middels klieren in het achterlijf geurstoffen of feromonen af die op de mannetjes een sterke seksuele prikkel hebben. De verschillende vlindersoorten hebben steeds een specifieke geur. Bij veel soorten kunnen de mannetjes door de zeer gevoelige antennes op grote afstand een vrouwtje waarnemen. Bij andere soorten gaat het mannetje ergens zitten waar het vrouwtje hem niet kán missen, zoals een uit-stekende tak.

Als een mannetje een paringsbereid vrouwtje heeft gevonden wordt er een baltsvlucht gemaakt door het mannetje om het vrouwtje over te halen tot de paring. Bij de balts vliegt het mannetje om het vrouwtje heen en geeft zijn geurstoffen af. Door de manier van vliegen en de reactie op de feromonen laat het mannetje zien dat hij van dezelfde soort is. De balts eindigt als het vrouwtje op een tak gaat zitten en het mannetje op haar kruipt.[23] De paring duurt lang, van 1 tot meerdere uren. Gedurende de paring zijn de achterlijven met elkaar verbonden. Vliegen is dan geen eenvoudige zaak; vlinders zijn erg kwetsbaar tijdens de paring. Een enkele keer zijn opgeschrikte parende vlinders te zien die nog met elkaar verbonden zijn.

Vlinders hebben een breed scala aan voortplantingsmethoden ontwikkeld. Een voorbeeld zijn de heliconiusvlinders zoals de soort Heliconius sara. De vrouwtjes van deze vlinder verpoppen eerder dan de mannetjes en lokken de mannetjes door feromonen te verspreiden vanuit de pop. De mannetjes, die zich dus nog in het larvale rupsstadium bevinden, proberen zich zo dicht mogelijk bij de vrouwelijke chrysalis te verpoppen zodat ze direct na uitkomen kunnen paren. Ook het vrouwtje hoeft hierdoor niet af te wachten tot een succesvol mannetje haar gevonden heeft maar is zodra ze uit haar pop komt verzekerd van een partner.[24]

Enkele vlinders, zoals de zakjesdragers, kennen een afwijkende voortplanting en planten zich maagdelijk voort.[25] Ook hebben de vrouwtjes soms geen vleugels en worden in hun pop bevrucht.