Zagłębienie, w którym tworzone jest gniazdo, to zwykle naturalna dziura w starym drzewie, choć czasem wykorzystywane są stare gniazda dzięciołowatych oraz okazjonalnie sztuczne gniazda przeznaczone dla błękitników rudogardłych.
Gniazdo znajduje się zwykle na wysokości 3–12 m i jest wyścielane piórami, trawą i rozdrobnioną korą. Samica składa od pięciu do dziewięciu kremowo-białych jaj, o wymiarach 19 × 14 mm, pokrytych czerwonawo-brązowymi łatami. Jaja są wysiadywane przez samice od 13 do 14 dni, zanim wyklują się z nich młode, które przebywają w gnieździe przez dalszych 18 do 26 dni, zanim nauczą się latać. Zarówno samiec jak i samica karmią pisklęta do około dwóch tygodni po pierwszym locie, ponadto samiec dostarcza pożywienie samicy, podczas gdy ta inkubuje. Kiedy młode dorastają, opuszczają terytoria rodziców i albo zakładają własne, albo pozostają bez partnera i bez terytorium rozrodczego. Prawdopodobnie to właśnie ptaki bez terytoriów są odpowiedzialne za nieregularne rozmieszczenie tego gatunku. Kowalik ten nocuje w dziuplach lub, poza sezonem lęgowym, za luźną korą, zazwyczaj samotnie, choć przy bardzo niskiej temperaturze kowaliki karolińskie mogą się gromadzić (nagrano razem aż do 29 ptaków). Ptak ten ma niezwykły zwyczaj usuwania rano odchodów z miejsca, w którym spędził noc.
Przetrwanie thumb|Samiec, S. c. tenuissima