Плод у хлопчатника — трех-четырех-пятистворчатая коробочка яйцевидной или шаровидной формы, в различной степени сплюснутой. У большинства сортов к моменту созревания коробочка раскрывается. Диаметр ее у разных форм от нескольких миллиметров до 6—7 см. Вес хлопка-сырца одной коробочки варьирует у диких форм от 0,25 до 1 г, у культурного хлопчатника может достигать 10—12 г и более. У возделываемых в СССР сортов средневолокнистого хлопчатника вес хлопка-сырца одной коробочки достигает 7—8 г, а у сортов тонковолокнистого хлопчатника он равен 3—4 г.
Коробочка внутри разделена перегородками на гнезда, снаружи прикрываемые створками. Внутри коробочки перегородки сходятся, образуя так называемый центральный семяносец, на котором образуются семена. В каждом гнезде может образоваться от 5 до 10 семян, а в коробочке в зависимости от числа гнезд —от 15 до 50 семян. От оплодотворения до созревания коробочки проходит 50— 65 дней. Созревая, коробочка усыхает, стенки ее растрескиваются, и она раскрывается.
Степень раскрытия зрелых коробочек — наследственный признак, имеющий очень важное хозяйственное значение. Виды и сорта хлопчатника по этому признаку сильно различаются. Особую ценность представляют сорта, у которых коробочки хорошо раскрываются, но в то же время хлопок-сырец прочно удерживается между створками и не выпадает из коробочек. Такие сорта называются буреустойчивыми. Хлопок-сырец в этом случае легче убирать машинами.
Созревание и раскрытие коробочек на растении идет в той же последовательности, в какой формировались бутоны и раскрывались цветки. Последовательность коротких и длинных очередей в созревании отдельных коробочек обусловливает образование конусов созревания в пределах каждого куста. На растении хлопчатника формируется значительно больше плодовых органов, чем их полностью созреет. Много бутонов и коробочек в течение вегетации опадает. У большинства современных форм средневолокнистого хлопчатника опадает 60—70%, а у тонковолокнистого — 30—40%. В условиях Средней Азии при высокой агротехнике и нормальной густоте стояния в среднем на одном растении образуется 8—10 коробочек с хлопком-сырцом.
Семя. У культурного хлопчатника семена крупные, яйцевидной или неправильногрушевидной формы, темно-коричневой окраски. Длина семени 12—14 мм, диаметр в широкой части —6—8 мм. Вес 1000 семян равен 90—110 г. Дикие виды имеют значительно более мелкие семена.