Les sexes sont séparés et les individus atteignent leur maturité sexuelle à l'âge de 4 à 5 ans.
Au printemps les mâles émettent leurs spermatozoïdes dans l'eau. Aspirés par les femelles leur contact avec les ovules conduit à la fécondation de celles-ci. Dans les marsupiums les larves se métamorphosent en 4 à 6 semaines, selon la température de l'eau. Des femelles en bonne santé peuvent émettre entre 50.000 et 100.000 larves ou glochidies. Entre mai et juin les glochidies sont libérées dans l'eau par le pore exhalant de la femelle. Dans l'eau les glochidies d'une taille de 0,2 mm ne sont viables que pendant quelques jours. Il leur faut trouver au plus vite un poisson hôte auquel elles peuvent s'accrocher.
Quand un poisson hôte inspire une eau contenant des larves, les glochidies se fixent sur le poisson en pincant les branchies. Endéans de 2 jours moyennant une réaction cicatrisante par le tissu du poisson la larve est enveloppée d'un kyste. De nouveau dépendant de la température de l'eau elle se développe au cours de 10 à 35 jours en une jeune moule. Au cours de cette phase parasitaire la larve se transforme en jeune moule dotée d'un pied cilié, d'un tube digestif, d'un système nerveux et d'ébauches de branchies sans pour autant grandir en longueur. Après l'aboutissement de la métamorphose, les jeunes moules se détachent du poisson hôte et s'enfouissent dans le substrat caillouteux du cours d'eau, où elles grandissent et atteignent leur maturité sexuelle.
La mulette épaisse accepte plusieurs espèces de poissons d'eau douce. Dans l'Ardenne et l'Eifel il s'agit principalement du vairon, du chevaine et du chabot. Si un même poisson est infecté par des larves à plusieurs reprises il développe une certaine immunité et les rejets sont plus fréquents. Ainsi ce sont surtout les jeunes poissons qui assurent un rôle important dans la conservation de la mulette épaisse.
Régime alimentaire
C'est grâce à son pied cilié que se déplace la jeune moule dans le substrat interstitiel et qu'elle s'alimente tout en tourbillonnant des particules fines dans les lobes de son manteau jusqu'au siphon inhalant. Quand les branchies sont développées, ce sont elles qui assurent le tourbillonnement des particules jusqu'au siphon inhalant. La nourriture de la mulette épaisse est composée de particules fines anorganiques ou organiques composées de bactéries, d'unicellulaires, d'algues aussi bien que de matériel végétal décomposé (matière détritique). Des moules adultes filtrent entre 3 et 4 litres d'eau par heures. Un cours d'eau qui occupe une population de mulettes épaisses en nombre suffisant dispose d'une autoépuration élevée puisque son eau est filtrée en continu.