Rozwijają się stosunkowo późno, na przełomie kwietnia i maja, razem z kwiatami. Kwiaty Kwiaty męskie w postaci zwisających kotków długości 5–10 cm; żeńskie zgrupowane po dwa do pięciu (i więcej) na jednorocznych krótkopędach. Bardzo wyraźna dichogamia wyklucza zapłodnienie w obrębie jednego drzewa. U niektórych odmian hodowanych w cieplejszym klimacie dość częsta jest apomiksja, rzadziej spotykana u siewek (w Polsce najczęściej stosowany sposób rozmnażania gatunku). Owoc Kulisty lub lekko owalny nibypestkowiec. Zewnętrzna warstwa owocni stanowi mięsistą, zieloną okrywę, łatwo odpadającą jesienią. Wewnętrzna część owocni, czyli endokarp, tworzy zdrewniałą skorupę. Nasiono otoczone błoniastą łupiną, potocznie zwane jądrem, stanowi jadalną część owocu. Dojrzałe owoce orzecha włoskiego mają kształt owalny, długość 4–5 cm i średnicę 3–4 cm i powszechnie nazywane są orzechami.
Biologia i ekologia thumb|200px|Wiekowy okaz orzecha włoskiego o obwodzie pnia 378 cm, Belgia