Mikołajek nadmorski zaczyna kwitnąć, gdy średnie temperatury maksymalne dnia zaczynają przekraczać 18 °C. W Europie Północno-Zachodniej i Środkowej kwitnie w efekcie od czerwca do sierpnia (rzadko nawet do października), podczas gdy w basenie Morza Śródziemnego już od kwietnia i maja. Tu też kwitnienie trwa w efekcie dłużej niż w północnej części zasięgu. Kwitnienie zaczynają kwiaty w dolnej części kwiatostanów, następnie sukcesywnie rozwijają się kolejne, na końcu kwitną kwiaty szczytowe. Kwiaty są protandryczne – najpierw dojrzewają pylniki, a słupki są gotowe na przyjęcie pyłku 3–5 dni później. Dzięki temu kwiaty zapylane są zwykle krzyżowo, ale samozapylenie też jest możliwe. Rośliny wabią zapylaczy barwnymi kwiatami skupionymi w główki, zabarwionymi przysadkami oraz nektarem wydzielanym w miodnikach, cechującym się dużą zawartością glukozy (ponad 2%). Produkcja pyłku jest stosunkowo niewielka. Zapylenia dokonują owady różnych grup systematycznych, z reguły stosunkowo duże lub średniej wielkości, ponieważ by dostać się do wnętrza kwiatu muszą rozchylić zagięte do wnętrza płatki korony.