إذا كان المناخ رطبا ودافئا بدرجة كافية، يتكاثر ضفدع السهم السام على مدار السنة، وفي مناطق أخرى، ويتم التكاثر مع هطول الأمطار، وبعد المغازلة تضع الأنثى ما بين بيضة واحدة و 40 بيضة، ويتم تخصيب البيض من قبل الذكر، وعادة ما يحرس كل من الذكر والأنثى البيض حتى يفقس، ويعتمد الفقس على الأنواع ودرجة الحرارة ولكن عادة ما يستغرق ما بين 10 و 18 يوما، وبعد ذلك، يصعد صغار ضفدع السهم السام على ظهور والديها، حيث يتم نقلها إلى الحضانة، والحضانة عبارة عن بركة صغيرة من الماء بين أوراق البروملياد أو نباتات أخرى، وتقوم الأم بتزويد العناصر الغذائية للماء بوضع بيض غير مخصب فيه، والشرغوف يستكمل التحول إلى ضفدع السهم السام البالغ بعد عدة أشهر، وفي البرية، يعيش ضفادع ضفدع السهم السام من سنة إلى ثلاث سنوات، وقد يعيش 10 سنوات في الأسر على الرغم من أن الضفدع السام ثلاثي الألوان قد يعيش 25 سنة.