Thực vật có mạch có 2 bộ nhiễm sắc thể trong các tế bào sinh dưỡng của chúng và được gọi là lưỡng bội, nghĩa là mỗi nhiễm sắc thể đều có một đối tác chứa thông tin di truyền giống hoặc tương tự như nó. Ngược lại, rêu thật và các nhóm rêu khác chỉ có 1 bộ nhiễm sắc thể và vì thế là đơn bội (nghĩa là mỗi nhiễm sắc thể tồn tại trong một bản sao duy nhất bên trong tế bào). Có một khoảng thời gian trong vòng đời của rêu thật khi chúng có một bộ kép các nhiễm sắc thể cặp đôi, nhưng điều này chỉ xảy ra trong giai đoạn thể bào tử.

Vòng đời của rêu thật bắt đầu với một bào tử đơn bội nảy mầm để sinh ra một thể nguyên tơ (protonema, protonemata) hay tơ mềm, có thể là một khối các sợi giống như sợi chỉ hoặc dạng á tản (phẳng và giống như tản). Các thể nguyên tơ dạng khối của rêu thật thông thường giống như một lớp nỉ mỏng màu xanh lục, và có thể mọc trên đất ẩm, vỏ cây, đá, bê tông hoặc gần như bất kỳ bề mặt nào có độ ổn định phù hợp. Đây là giai đoạn chuyển tiếp trong vòng đời của rêu thật, nhưng từ các thể nguyên tơ mọc ra cuống túi giao tử ("vật sinh giao tử") được phân hóa về cấu trúc thành thân và lá. Một khối riêng lẻ các thể nguyên tơ có thể phát triển vài chồi cuống túi giao tử, sinh ra một cụm rêu.

Từ đỉnh của thân hay nhánh cuống túi giao tử phát triển các cơ quan sinh dục của rêu thật. Các cơ quan cái được biết đến như là túi giao tử cái (archegonium, archegonia) và được bảo vệ bởi một nhóm các lá bị biến đổi được biết đến như là tổng bao cái (perichaetum, perichaeta). Các túi giao tử cái là các cụm các tế bào dạng bình thót cổ nhỏ với phần cổ thắt lại hở (gọi là bụng), nơi mà tinh trùng bơi vào. Các cơ quan đực được biết đến như là túi giao tử đực (antheridium, antheridia) và được bao quanh bởi các lá bị biến đổi được biết đến như là bao đực (perigonium, perigonia). Các lá xung quanh ở một số loài rêu thật tạo thành một "chén văng", cho phép tinh trùng chứa trong chén bị văng ra ngoài tới các cuống lân cận bởi các giọt nước rơi vào.

Rêu thật có thể là đơn tính khác thể giao tử (so sánh với đơn tính khác gốc ở thực vật có hạt) hoặc đơn tính cùng thể giao tử (so sánh với đơn tính cùng gốc ở thực vật có hạt). Ở rêu đơn tính khác thể giao tử thì các cơ quan sinh dục đực và cái được sinh ra trên các cây thể giao tử khác nhau. Ở rêu đơn tính cùng thể giao tử thì các cơ quan sinh dục đực và cái được sinh ra trên cùng một cây thể giao tử. Khi có nước, tinh trùng từ các túi giao tử đực bơi tới các túi giao tử cái và thụ tinh diễn ra, dẫn tới sự sản sinh thể bào tử lưỡng bội. Tinh trùng của rêu thật là hai tiên mao, nghĩa là chúng có 2 tiên mao (lông roi) hỗ trợ tạo ra lực đẩy. Do tinh trùng phải bơi tới túi giao tử cái nên thụ tinh không thể xảy ra nếu không có nước. Một số loài (như Mnium hornum hay một vài loài của chi Polytrichum) giữ các túi giao tử đực trong cái gọi là 'chén văng', một cấu trúc giống như cái chén hay cái bát trên đỉnh chồi để đẩy tinh trùng văng ra xa vài deximet khi các giọt nước va vào chúng, làm tăng khoảng cách có thể thụ tinh.[7]

Sau khi thụ tinh, thể bào tử chưa thuần thục đẩy nó thoát ra khỏi bụng túi giao tử cái. Mất khoảng 3 đến 6 tháng để thể bào tử thuần thục. Cơ thể của thể bào tử bao gồm một cuống dài, gọi là tơ cứng, và một nang có nắp đậy. Nang và nắp được bao bọc bởi một mạng che đơn bội là phần sót lại của bụng túi giao tử cái. Mạng che thông thường sẽ rụng khi nang thuần thục. Bên trong nang, các tế bào sinh bào tử trải qua phân bào giảm nhiễm để tạo ra các bào tử đơn bội, mà sau đó vòng đời lại có thể bắt đầu. Miệng của nang thông thường có một vòng phần phụ giống như răng bao quanh, gọi là vòng lông răng. Vòng lông răng này không thấy có ở một số loài rêu thật.

Phần lớn các loài rêu thật phát tán bào tử nhờ gió. Ở chi Sphagnum thì bào tử được bắn ra xung quanh khoảng 10–20 cm (4–8 in) nhờ khí nén có trong nang; với các bào tử được gia tốc tới khoảng 36.000 lần gia tốc trọng trường Trái Đất (g).[8][9]

Gần đây người ta phát hiện ra rằng các nhóm động vật chân khớp nhỏ, như bọ đuôi bật (Collembola) và bét (Acari), có thể ảnh hưởng tới thụ tinh ở rêu thật[10] và quá trình này được thúc đẩy bởi mùi do rêu phát ra. Chẳng hạn Ceratodon purpureus (rêu lửa, rêu răng sừng tía) đực và cái tỏa ra các chất mùi hữu cơ dễ bay hơi và phức tạp.[11] Các cây cái tỏa ra nhiều hợp chất hơn các cây đực. Bọ đuôi bật được phát hiện là ưa chọn cây cái hơn, và một nghiên cứu cho thấy bọ đuôi bật làm tăng thụ tinh ở rêu, gợi ý rằng mối quan hệ được thúc đẩy bằng mùi tương tự như mối quan hệ thụ phấn thực vật ở nhiều loài thực vật có hạt.[11] Loài rêu Splachnum sphaericum phát triển cơ chế thụ tinh nhờ côn trùng xa hơn nữa bằng cách thu hút ruồi tới các túi bào tử của nó với mùi xác chết thối nồng nặc, và cung cấp một ám hiệu thị giác mạnh dưới dạng các cổ phồng màu đỏ phía dưới mỗi nang bào tử của nó. Ruồi bị hấp dẫn bay đến cây rêu sẽ mang bào tử của nó đến các đống phân tươi của động vật ăn cỏ, chính là môi trường sống ưa thích của các loài trong chi rêu này.[12]

Một số loài rêu thật, như Ulota phyllantha, các cấu trúc sinh dưỡng màu xanh lục gọi là mầm được sinh ra trên lá hoặc nhánh, có thể tách ra để tạo thành một cây rêu mới mà không cần phải trải qua chu trình thụ tinh. Đó là một cách thức của sinh sản vô tính, và các đơn vị đồng nhất về di truyền có thể dẫn tới sự hình thành của các quần thể dòng vô tính.