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Der Lebenszyklus des Zitronenfalters ist ungleich komplex im Vergleich zu den anderen Faltern. Der wichtigste Aspekt istseine lange Lebensdauer. Um solange zu überleben verfällt der Schmetterling zweimal in seinem Leben in einen Starre: Sommerstarre und Winterstarre. Im zeitigen Frühjahr sieht man ihn als Vorboten des Frühlings durch die Wälder fliegen. Im April bis Mai werden die weisslichen, kegelförmigen Eier einzeln an die jungen Triebe der Futterpflanzen abgelegt. Die grünen Raupen entwickeln sich einen Monat lang und verpuppen sich im Juli. Nach etwa zwei Wochen schlüpft der Falter, der nach etwa zehn Tagen in eine etwa zwei monatigen Sommerschlaf verfällt. Im Herbst sieht man sie wieder, bis sie im Spätherbst in die Winterstarre verfallen und als Schmetterling überwintern.
Der Zitronenfalter ist einer langlebigsten Schmetterlinge in Mitteleuropa. Sein Leben als Falter (Imago) dauert beinahe zehn Monate. Sein Lebensraum sind vorallem Wälder in beinahe ganz Europa. In Südeuropa gibt es eine ähnliche Art, die sich durch einen orangen Fleck auf den Vorderflügel unterscheidet.