Полихеты раздельнополы, причем внешне разница между полами обычно не заметна. Самки и самцы различаются лишь окраской, обусловленной просвечиванием половых продуктов. Половые железы формируются во всех (кроме самых передних и задних) или лишь в некоторых сегментах под слоем перитонеального эпителия. Половые клетки образуют на стенке целома местное набухание, которое и представляет собой половую железу. Перитонеальный эпителий, прикрывающий гонаду, впоследствии лопается, и половые клетки попадают в целом, где плавают в целомической жидкости, достигая половой зрелости. Половые продукты выводятся наружу путем простого разрыва стенки тела (Glyceridae, Nephthydidae, Nereidae) или через нефридии. Лишь у немногих видов (сем. Capitellidae, Tomopteris, Sphaerodorum) имеются самостоятельные половые протоки (гонодукты).
Гермафродитизм у полихет — явление очень редкое, но встречается в различных семействах.
У некоторых форм (сем. Capitellidae, Microphthalmus) имеются специальные копулятивные приспособления в виде особых крупных щетинок на определенных сегментах.
Нервная система в типичном случае состоит из парных надглоточных («мозговых») ганглиев, отходящих от них и огибающих глотку двух окологлоточных комиссур и парного брюшного нервного ствола (нервной цепочки). У части Polychaeta брюшные стволы сближены по средней линии и в каждом сегменте на них находится по скоплению ганглиозных клеток, которые соединяются поперечной перемычкой; такая нервная система называется нервной лестницей. В результате еще большего сближения нервных стволов образуется брюшная нервная цепочка.
Нервные стволы закладываются в эктодерме, и у одних полихет (сем. Phyllodocidae, Glyceridae, Nephthydidae, Syllidae, Opheliidae, Spionidae) они лежат в кожном эпителии, у других — нервные стволы уходят под кожно-мускульный мешок и располагаются в полости тела.
