Reproducerea sexuală, o sursă importantă de variabilitate genetică, permite ciupercii să se adapteze la medii noi. Procesul de reproducere sexuală printre ciuperci este unic în multe privințe. În timp ce diviziunea nucleară în alte eucariote, cum ar fi animalele, plantele și protistele, implică dizolvarea și re-formarea membranei nucleare, în ciuperci membrana nucleară rămâne intactă pe tot parcursul procesului, deși lacune în integritatea sa se găsesc la unele specii. Nucleul ciupercii devine ciupit în punctul său mediu, iar cromozomii diploizi sunt separați de fibre ax formate în nucleul intact. De obicei nucleul este reținut și împărțit între celulele fiice, deși poate fi expulzat din nucleu sau poate fi dispersat în nucleu, dar detectabil.
Reproducerea sexuală în ciuperci constă din trei etape secvențiale: plasmogamie, cariogamie și meioză. Cromozomii diploizi sunt separați în două celule fiice, fiecare conținând un singur set de cromozomi (o stare haploidă). Plasmogamia, fuziunea a două protoplaste (conținutul celor două celule), reunește doi nuclei haploizi compatibili. În acest moment, două tipuri nucleare sunt prezente în aceeași celulă, dar nucleele nu s-au contopit încă. Cariogamia are ca rezultat fuziunea acestor nuclei haploizi și formarea unui nucleu diploid (adică un nucleu care conține două seturi de cromozomi, unul de la fiecare părinte). Celula formată din cariogamie se numește zigot. La majoritatea ciupercilor zigotul este singura celulă din întregul ciclu de viață care este diploidă. Starea dicariotică care rezultă din plasmogamie este adesea o afecțiune proeminentă în ciuperci și poate fi prelungită de-a lungul mai multor generații. În ciupercile inferioare, cariogamia urmează de obicei plasmogamia aproape imediat. Cu toate acestea, la ciupercile mai evoluate, cariogamia este separată de plasmogamie. Odată ce a apărut cariogamia, meioza (diviziune celulară care reduce numărul cromozomilor la un set per celulă) urmează în general și restabilește faza haploidă. Nucleii haploizi care rezultă din meioză sunt în general încorporați în spori numiți meiospori.
Ciupercile folosesc o varietate de metode pentru a reuni doi nuclei haploizi compatibili (plasmogamie). Unele produc celule sexuale specializate (gamete) care sunt eliberate din organe sexuale diferențiate numite gametangie. În alte ciuperci, două gametangii vin în contact, iar nucleii trec din gametangiul masculin în femelă, asumându-și astfel funcția de gameți. În alte ciuperci, gametangia însăși se poate contopi pentru a-și uni nucleele. În cele din urmă, unele dintre cele mai avansate ciuperci nu produc deloc gametangie; hifele somatice (vegetative) preiau funcția sexuală, vin în contact, fuzionează și schimbă nuclei.
Ciupercile în care un singur individ poartă atât gametangia masculină, cât și cea feminină sunt ciuperci hermafrodite. Rareori, gametangia de diferite sexe este produsă de indivizi separați, unul bărbat, celălalt femelă. Astfel de specii sunt denumite dioice. Speciile dioice produc de obicei organe sexuale numai în prezența unui individ de sex opus.
Incompatibilitate sexuală
Feromoni sexuali
Formarea organelor sexuale în ciuperci este adesea indusă de substanțe organice specifice. Deși numiți hormoni sexuali când au fost descoperiți pentru prima dată, aceste substanțe organice sunt de fapt feromoni sexuali, substanțe chimice produse de un partener pentru a provoca un răspuns sexual în celălalt. În Allomyces (ordinul Blastocladiales) o feromonă numită sirenină, secretată de gametii feminini, atrage gametii masculi, care înoată spre cei dintâi și se îmbină cu ei. În unele ciuperci simple, care pot avea gametangie care nu sunt diferențiate structural, o interacțiune biochimică complexă între tipurile de împerechere produce acid trisporic, un feromon care induce formarea de hife aeriene specializate. Intermediarii volatili din calea sintetică a acidului trisporic sunt schimbați între vârfurile hifelor aeriene de împerechere opuse, determinând hifele să crească unul față de celălalt și să se contopească. La drojdiile aparținând filelor Ascomycota și Basidiomycota, feromonii sunt peptide mici. Mai multe gene de feromoni au fost identificate și caracterizate în ascomicete filamentoase și basidiomicete.