La maturité sexuelle est atteinte vers l'âge de deux ans. De plus, les femelles devront peser au minimum 600 livres (275 kg) pour que le cycle œstral débute. Les chaleurs (ou cycle œstral) débutent en général au mois de juillet pour se terminer en octobre. L'ovulation de la bisonne durera de deux à trois jours. Pour détecter cette période critique, le bison mâle utilise l'organe de Jacobson, qui est spécifique à cette fonction. Durant la période estivale, on observera cet étrange comportement du mâle qui active cet organe olfactif en ramenant sa lèvre supérieure vers le haut. Ceci lui permet de déterminer à partir de l'urine de la femelle si cette dernière est en œstrus.

Avant et pendant la période des chaleurs, les mâles établiront un ordre hiérarchique qui déterminera la prééminence de l'accouplement. L'âge, le poids de l'animal, sa conformation, et sa personnalité seront des facteurs prépondérants pour conserver cet ordre lorsque viendra le cycle oestral, car le mâle accompagnera sans discontinuer la femelle en ovulation durant ces 2-3 jours critiques.

Pour maintenir son rôle auprès de la bisonne, le mâle devra littéralement repousser ses congénères. Durant la période du rut, compte tenu de cette incessante valse mâle-femelle, qui s'additionne aux joutes entre mâles, les mâles dominants verront leur poids fondre de 150-250 livres. Afin de permettre que toutes les femelles soient saillies, le ratio mâle-femelles dans un troupeau sera d'un mâle pour 10 à 15 femelles.

La durée de la gestation varie de 270 à 290 jours. La mise bas s'étale d'avril à juillet. De couleur cannelle ou ocre, les bisons naissants conserveront cette couleur protectrice durant toute la période estivale. Le nouveau-né se confond alors aux fourrages en épiaison, le rendant totalement indiscernable. Le poids à la naissance se situe entre 18 et 32 kilos. Une année plus tard, le bisonneau atteint un poids variant entre 135 et 180 kilos.