Гаметофит кукушкина льна представляет собой стебель, покрытый листьями, достигающий в длину десяти и более сантиметров. Корней нет, организм прикреплен к почве длинными нитями — ризоидами. Кукушкин лен раздельнополое растение. На верхушке стебля среди листьев появляются мешковидные половые органы: у мужских растений в них развиваются сперматозоиды, у женских — яйцеклетки. Оплодотворение возможно только в воде. Во время дождя сперматозоиды плывут к яйцеклетке. После слияния сперматозоида и яйцеклетки образуется зигота. На следующий год из зиготы на верхушке женского организма образуется коробочка со спорами (спорофит). Созревшие споры разносятся ветром и в благоприятных условиях прорастают и дают начало новым гаметофитам. Кроме размножения спорами для кукушкина льна характерно вегетативное размножение — частями тела или специальными почками.