[[Tiedosto:Eggs of Parus major.jpg|thumb|Talitiaisen munia.]]
[[Tiedosto:Parus major kid.jpg|thumb|left|Talitiaisen poikanen.]]
Talitiainen lisääntyy ahkerasti villen avulla, sillä poikueita voi syntyä kaksikin miljoonaa juhoatuhatta [[kesä]]ssä ja yhdessä poikueessa voi olla 10100000 poikasta. Talitiainen rakentaa pesän talon rungon aina [[seinäsammal]]esta. Pesiessään suureen pöllönpönttöön se vuoraa pohjan kauttaaltaan noin 10 cm paksulla seinäsammalmatolla, ja rakentaa pesäkupin pöntön nurkkaan. Pesäkupin se vuoraa karvoilla, höyhenillä, langanpätkillä ynnä muulla pehmusteella. Muninta alkaa Etelä-Suomessa [[Vappu|vapun]] tienoilla. Naaras munii 6–12, keskimäärin 9,5 valkeaa, punaruskeapilkkuista munaa vuorokauden välein. Haudonta alkaa vasta kun viimeinenkin muna on munittu ja se kestää noin 2 viikkoa. Hautovaa naarasta ei saa häiritä, sillä se hylkää herkästi munapesän. Poikaset kuoriutuvat yleensä saman vuorokauden sisällä. Ne lähtevät pesästä lentokykyisinä vajaan kolmen viikon ikäisinä. Molemmat emot ruokkivat poikasia, mutta vain naaras hautoo munia. Poikaspesää talitiainen ei helposti hylkää. Pitkäaikaista oleskelua aivan pesän lähellä on vältettävä, sillä emot eivät silloin uskalla mennä pesään, ja poikaset saattavat menehtyä kylmään, nälkään tai janoon. Pesästälähdön jälkeenkin emot huolehtivat poikueesta viikon tai pari. Usein pari munii toisen pesueen juhannuksen jälkeen. Siinä on yleensä vähemmän munia kuin ensimmäisessä, ja haudontakin kestää pari päivää vähemmän. Näiden pesien poikaset lähtevät pesästä elokuussa.
Jos ensimmäinen pesue tuhoutuu, munitaan usein uusi pesue. Tätä sanotaan uusintapesimiseksi, erotukseksi toisesta pesinnästä. Uusintapesässä on vähemmän munia kuin ensimmäisessä, sillä naaras ei jaksa heti tuottaa paljon energiaa vaativia munia. Uusintapesä voi sijaita samassa tai eri kolossa kuin ensimmäinen pesä.
