肿腿蜂的生物学特性因其种类和所在地的气候而有所不同。例如，在河北、山东地区一年可经历5代，而在粤北山区和广州则可能多达6-8代。肿腿蜂的生命周期开始于越冬，受精雌蜂在天牛虫道内群居，4月中旬左右出蛰寻找寄主。它们的钻蛀能力非常强，能穿越充满虫粪的通道找到寄主，雌蜂行动迅速，1分钟可爬行约0.5米。
作为体外寄生蜂，肿腿蜂的寄生过程分为五个步骤：首先麻痹寄主，接着取食寄主体液获取营养，然后清理寄主周围环境，产卵，并在寄主体内养育幼虫。雌蜂会用尾刺注入蜂毒，使寄主失去活动能力，然后将其拖至隐蔽处看护。如果寄主营养充足，大部分卵和幼虫能发育成新一代肿腿蜂。
肿腿蜂的产卵量差异较大，一般几粒至几十粒不等。在青杨天牛幼虫上，雌蜂一次最多可产76粒卵。雌蜂一生平均产卵量为136粒，最多可达290粒。繁殖过程中，雌蜂会照顾卵和幼虫，包括移动脱落的卵和幼虫，清理寄主，以及将老熟幼虫移到干净地方结茧化蛹。
有研究推测，母蜂可能与子代蜂交尾后继续寻找寄主进行繁殖。一只雌蜂一生最多可以寄生5头青杨天牛幼虫，繁衍出多达247头子蜂。雄蜂的寿命一般较雌蜂短，野外雌蜂的越冬代可存活约210天，而当年各代在找到寄主的情况下可存活60-90天，否则则可能在20天内死亡。雄蜂的平均寿命为6-9天。雌蜂在低温下具有较好的耐受性，可冷藏283天，仍保持生命力。
发育温度对肿腿蜂至关重要。在15℃以下，雌蜂无法产卵，而在23.1-28℃的范围内，完成一代需要的时间逐步缩短。卵、幼虫、茧、蛹的发育起点温度分别为11.85℃、14.69℃、11.51℃、12.58℃，相应的有效积温分别为46.69日度、73.21日度、225.42日度、359.27日度。肿腿蜂能在相对湿度40%-90%的环境下正常发育，但湿度超过80%时茧可能出现问题。成虫和蛹能承受-24℃的低温，可在海拔1200m-1450m的地区越冬，但海拔1700m以上地区冬季气温过低，不利于肿腿蜂的越冬。
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