참깨는 자엽식물이나 두과 식물과는 달리 배유가 완전 퇴화하지 않고 일부 남아있는 잔존배유 종자이다. 배유는 3n이며 3∼4층의 세포로 구성되어 얇으며, 종자의 대부분은 자엽(2n)이 차지하고 있다. 종자의 휴면은 없다.

참깨는 종자의 수명이 4∼5년 정도로 상명 종자보다 길다. 종자수분과 공기습도가 낮은 상태에서는 10년 이상의 종자수명 유지가 가능하다. 종자에 기름이 많은 작물로서 수명이 이처럼 긴 것은 항산화성분이 있어 기름함량의 변화를 적게 하기 때문인 것으로 밝혀졌다.

참깨의 발아는 종자가 수분을 흡수하여 효소가 활성화하면 저장물질이 자엽에서 배로 전류한다. 이 때 배에서는 세포분열을 개시하고 조직세포가 증대하여 줄기 및 뿌리 기관이 분화 발달한다. 발아 최저온도가 10∼12℃, 적온은 25℃∼30℃이며 40℃가 되면 오히려 저해된다. 일반적으로 18∼20℃ 정도라야 정상적으로 발아하므로 포장에서는 지온 20℃ 내외가 파종적기라 할 수 있다.

적기에 파종해서 수분이 적당하면 2∼3일 내에 발아해서 5∼6일 후에 자엽이 나온다. 참깨의 생장속도는 초기에는 매우 느리나 초장이 25cm정도 자라면 1차 분지가 발생하며 이 때부터는 생장속도가 매우 빨라지게 된다. 생육이 가장 왕성할 때에는 하루에도 3∼4cm씩 자란다. 초장이 50∼60cm 정도 자라면 개화가 시작되며 이 시기부터는 엽면적도 급격히 증가하여 개화성기에는 최대에 달한다.

파종 후 70일에는 초장이 약 130cm 정도가 되며 이 때는 거의 종화기에 들어가는 단일식물로 빠른 것은 80∼90일에서 수확할 수 있다. 참깨는 이렇게 급생장하여 단기간에 수확할 수 있는 식물로 고온과 높은 일조를 필요로 한다.

발아할 때는 우선 어린뿌리가 신장하는데, 20일에 초장이 8∼9cm 자랄 때면 뿌리는 그보다 2배 이상 신장한다. 그 후 50∼60일경의 성화기까지 계속 신장하여 원뿌리가 지하수면에 달하게 된다. 원뿌리는 깊이 신장하나 그다지 굵어지지 않고, 측근의 모세근이 많이 발생하여 넓은 토양속의 영양분을 흡수한다. 따라서 참깨는 건조에 매우 강하며 성화기 이후에는 토양수분의 요구가 적다.

참깨의 광합성량은 생육초기에는 중위엽에서 가장 높으나 후기로 갈수록 하위엽에서 많아진다. 초형에 따라서도 개화전의 광합성은 무분지종이 더 높으나 개화성기부터는 분지종의 상대생장율(RGR)과 순동화율(NAR)이 모두 높다.

그러므로, 개화후 30일에 하위엽 50%를 적엽했을 때에는 광합성량이 급격히 감소하여 상위엽의 광합성 기여도가 높다는 것이 입증되었다. 한편 참깨의 파종후 일수별 건물중의 변화를 보면 생육초기에는 잎＞줄기＞뿌리의 순으로 높으나 생육후기에는 꼬투리＞줄기＞잎＞뿌리의 순으로 높았다.

꽃은 지상 4∼6마디의 엽액에서 시작하여 18∼29마디까지 피며 15∼30일간 계속해서 개화한다. 참깨의 엽액당 착화수는 1∼3개이며 하부에는 보통 엽액당 1개의 꽃이 착생한다. 그러나 대부분은 한 엽액에서 한송이의 꽃이 피어 1개의 꼬투리가 열리거나(1과성 품종) 한 엽액에서 세 송이의 꽃이 피어 3개의 꼬투리가 착과한다. (3과성 품종)

개화순서는 대체적으로 하부에서 상부로 향하여 하루에 약 한마디씩 피어 올라간다. 그러나, 단경 3과성의 측화는 그의 주화보다 4∼5마디의 밑에서 피기 시작하며 분지 3과성의 주경 측화는 그의 주화보다 3마디 밑에서 피기 시작한다. 중위부(7∼9마디)의 착화는 같은날 같은 마디에서 1과성은 2개가 개화하고 3과성은 4개 또는 5개가 개화하는 수도 있다. BMB형(분지, 1과성, 2실4방)과 NTB형(무분지, 3과성, 2실4방)에서 주경의 개화는 시계 반대방향으로 나선형을 이루며 진행된다.

참깨는 자가수정을 하지만 포장조건에서는 2∼5%의 자연교잡도 이루어진다. 자연교잡은 주로 충매에 의해 이루어지며 자연교잡율은 품종이나 재배지역의 매개충 밀도에 따라 달라지는데 인도에서는 최고 65%까지 자연교잡이 이루어졌다는 보고도 있다. 자연교잡을 방지하기 위한 품종간 격리 거리는 미국의 텍사스 지방에서 실험한 결과에 의하면 180∼360m 정도가 적당하다고 하였다.

개화직후 약(葯)이 길이로 갈라져서 화분이 방출되며 자연조건에서 화분은 24시간 정도 활력을 갖는다. 주두는 개화전 2일부터 개화후 2일까지 수정능력을 가지며 수정능력은 아침 8시경에 가장 왕성하고 오후 6시경에 다시 증가된다. 화분이 주두에서 떨어진 후 1시간 이내에 화분발아가 시작되며 6∼12시간 사이에 수정이 이루어진다. 그러므로 화분발아가 시작된 후에는 주두의 정단부를 제거하여도 수정에는 크게 지장을 주지 않는다.

중간부위 12∼13마디에서 개화된 것은 대부분 유효화로 착삭율이 90% 이상되며, 하위부 5마디 이하 및 상위에 개화한 것은 착삭율이 떨어진다. 영양생장에서 생식생장으로 전이되는 개화초기에 3과성 품종의 경우 하위부 마디마다 3개씩 개화를 하나, 곁꽃은 대부분 결삭되지 않고 무효개화가 된다.

등숙이 이루어지면 하부의 잎과 꼬투리가 녹색에서 황녹색으로 변하고 하부 꼬투리가 벌어지기 시작한다. 개열은 꼬투리의 선단부에서 심피의 봉합선을 따라 아래쪽으로 개열한다. 야생종과 열대성 원시 재배종에서는 보통 선단이 젖히듯이 열려 꼬투리 속의 종자를 탈락시킨다.

꼬투리의 수분함량이 70% 이하로 떨어지면 꼬투리가 벌어지기 시작하고 이때 잎의 황화는 윗쪽 마디까지 진전되는데 꼬투리의 황화는 수분함량이 50% 되었을 때 일어난다. 잎이 떨어진 후에도 종실 천립중이 증가하는 것은 꼬투리의 광합성물질 저장기능 때문으로 보여지며 실제로 꼬투리 조직중의 약 5%가 종실중 증가에 기여하고 있다.

참깨 무분지종에서 종실의 성숙은 착과성과 꼬투리의 형태에 따라 큰 차이가 있으며 1과성 종실은 3과성보다, 2실형 종실은 4실형보다 결실율이 높으며 윗쪽의 꼬투리일수록 또는 양쪽의 꼬투리일수록 결실율은 낮다.

개화 후 30일경부터 활력을 지니지만 발아율이 10% 미만으로 매우 낮으며 40∼50일경에 종자의 무게가 최대에 달하므로 이때를 생리적 성숙기로 본다. 성분함량은 재배지역의 환경조건에 따라서 차이가 있는데, 등숙기간 중에는 적산온도가 낮고 일조량이 많을 때 리놀레산 함량이 많으므로 우리 나라는 중북부 지역에서 생산된 참깨의 품질이 우수하다.