La physiologie génitale du pigeon voyageur est très intéressante à comprendre. Le mâle est généralement plus gros que la femelle, mais il existe également des femelles de taille importante.
Le mâle a un comportement dominant et tourne et roucoule dès qu'il voit une femelle. L'appareil génital masculin comprend deux testicules qui se trouvent sous les reins. Les testicules produisent les spermatozoïdes nécessaires à la fécondation des œufs de la femelle.
La femelle pond les œufs. Elle est en général plus petite et plus fine que le mâle et ne roucoule que rarement. Elle possède un seul ovaire situé sous le rein gauche, l'autre étant atrophié. L'ovaire produit des ovules et des oestrogènes. En règle générale, l'ovaire libère deux ovules qui sont fécondés chacun par un des spermatozoïdes du mâle, mais il est possible que la femelle pondre des œufs non fécondés.
Lors de l'accouplement, le mâle colle son cloaque contre celui de la femelle, cette étape est rapide et dure généralement moins de 30 secondes. L'ovule prêt à être fécondé est déjà fixé sur le jaune de l'œuf (vitellus) et est capté par le pavillon lors de la descente vers l'oviducte. En quelques jours, l'ovule se munit des différents constituants de l'œuf avant d'arriver dans le cloaque, prêt à être pondu par l'anus. L'œuf du pigeon pèse environ 20 grammes et sa coquille est blanche et assez fragile.