Hoa hướng dương sử dụng phương pháp sinh sản thụ phấn chéo bằng cách thu hút động vật và côn trùng như ong và sử dụng chúng để truyền phấn hoa sinh sản từ hoa này sang hoa khác. Hoa hướng dương có thể tự sinh sản nhưng bằng cách này , chúng không có thế hệ con cái đa dạng phù hợp hơn với môi trường của chúng.
Khi hoa hướng dương đã nở hoa hoàn toàn, bao phấn của chúng tạo ra một hỗn hợp phấn hoa ngọt ngào thu hút ong. Bao phấn là vùng ngoài của nhị, là cơ quan sinh dục đực của hoa. Những con ong sau đó sử dụng mật hoa để tạo ra mật ong. Khi ong uống mật, phấn hoa dính vào chân ong.
Khi con ong di chuyển giữa các bông hoa hướng dương khác nhau để uống mật hoa của chúng, phấn hoa trên chân của chúng sẽ tiếp xúc với đầu nhụy, một phần bên ngoài dính của cơ quan sinh sản cái được gọi là nhụy hoa. Một khi phấn hoa bị ép vào vòi nhụy, nó sẽ giải phóng tinh trùng để thụ tinh với trứng bên trong nhụy hoa. Quả trứng này sau đó được chôn xuống đất, và một bông hoa mới được hình thành. Hoa hướng dương là loài sinh sản nhanh và hạt có thể nảy mầm từ 5 đến 10 ngày dưới mặt đất.
Ngoài ra, hướng dương có thể tự sinh sản bằng cách tự xoắn quanh phấn hoa của chính nó. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra một bông hoa giống hệt nhau, và không tạo ra một bông hoa có lợi ích của các gen tốt nhất từ những bông hoa khác xung quanh nó. Điều này tạo ra những bông hoa hướng dương có khả năng thay đổi điều kiện theo thời gian.
