武則天與唐高宗生4個兒子，由於他們都處於皇權鬥爭的最前沿，其間矛盾在所難免。
李弘是武則天的長子，生於永徽三年(652年)，顯慶元年(656年)立為太子，為太子19年，數次鎮國，親理政務，禮敬大臣，人際關係頗好。上元二年(675年)，從幸合壁宮，病發而死，享年24歲。
李弘之死是千百年來人們指責武則天凶狠的一條重要理由，這是根據史書上說她毒死了自己的親生兒子。其實，李弘太子真正的死因是患肺結核病。肺結核病在古代被稱之為癆瘵。癆瘵在當時是不治之症，終於在4年之後病人膏盲，一命歸天。從唐高宗頒發的詔書和唐高宗親自撰寫的孝敬皇帝睿德記碑文都能清楚地看出這個事實(關於李弘的死因，歷史上有爭議)。
李賢是武則天的次子，生於永徽五年(654年)十二月十七日拜謁昭陵的途中。李賢是武則天比較有才華的兒子，曾經注《後漢書》獻於朝。上元二年(675年)，李弘死後立李賢為太子，時年22歲。5年之後，永隆元年(680年)，太子已27歲，可能他對父母配合的理政方式不滿意，所以其行為常令武則天不滿意。武則天曾令北門學土擇撰《少陽正范》、《孝子傳》賜太子，以示規勸。在不見成效的情況下，武則天多次作書批評指導，怎奈太子又頗好歌舞和女色，與戶奴趙道生等關係特殊，多賜金帛。司議郎韋承慶上書諫勸也不聽。有人告發此事，朝廷派宰相薛元超、裴炎和御史大夫高智周審問，又從東宮馬坊搜得皂甲數百領，作為謀逆證據。戶奴趙道生也如實交待了太子派他殺死正議大夫明祟儼的全部經過。這樣就構成一樁謀逆案，於是武則天提議廢除太子，以示懲戒。八月二十二日，廢太子李賢為庶人，幽於別所，嚴懲同黨。太子洗馬劉訥言送給太子的小說《俳諧集》被搜出來，唐高宗看後大怒曰：「以六經教人猶恐不化，進俳諧鄙說，哪裡是輔導之義？」立判劉訥言流於振州。左衛將軍高真行之子高政，為太子典膳丞，事有牽連，唐高宗交其父訓責。高政才入門，其父高真行和伯父戶部侍郎高審行及堂兄高璇立即把他殺死。蘇州刺史曹王李明、忻州刺史嗣蔣王李煒，按太子同黨給以降爵和除名的處分。
處分李賢後的第二天(八月二十三日)，冊立李顯為太子。開耀元年(681年)十一月八日，遷廢太子李賢於巴州。光宅元年(684年)正月，武則天派左金吾將軍丘神績到巴州監視李賢，結果丘神績到巴州後競通令李賢自殺。為此，武則天降罪於丘神績，貶為疊州刺史。四月十五日，為李賢舉哀於顯福門。次日，追封李賢為雍王。過了不久又召回丘神績，再為左金吾將軍。
李賢之死，史學家郭沫若認為是裴炎從中作祟，怕召回李賢對自己不利，故假傳聖諭殺死李賢。這一看法很有道理。裴炎是查處李賢案的主持人，不論行為是否公正，李賢懷怨是完全可能的。在巴州枉殺李賢有可能是裴炎的政治目的。武則天在事後查明此事真相又不能馬上怪罪裴炎，所以在當年九月，眾官都力保裴炎的情況下，武則天斷不聽從，立斬裴炎於都亭。正是這件事給了武則天沉痛的教訓，因此，在廢掉李顯14年後，為再起用李顯而接其回朝廷時，採取了一個十分謹慎的辦法。聖歷元年(698年)三月初九，派徐彥伯到房州，瞞過宰相狄仁傑和所有朝臣，巧妙地接回李顯。
《狄梁公傳》記載：「後潛發內人十人到房州，宣敕云『我兒在此，令內人就看。州縣長吏，抑數出數人，無令混雜，陰令內人一人代廬陵王，廬陵王穿內人衣，以舊數還。』州縣不悟。數日達京，朝廷百僚一無所知。」這樣周密的安排，顯然是汲取了李賢被害的沉痛教訓後不得已而作出的。武則天怕兒子再度被害的心情，從此可見一斑。
李顯是武則天的第三個兒子，顯慶元年(656年)十一月初五生於長安，永隆元年(680年)八月二十三日立為太子，弘道元年(683年)十二月十一日稱帝，為中宗，時年28歲。稱帝后於次年年初改元嗣聖，二月初六，被廢為廬陵王。其原因是他在即位僅2個月內便欲以岳父韋玄貞為侍中，又欲授乳母之子五品官。宰相裴炎固爭以為不可，李顯大怒曰：「我以天下與韋玄貞何不可！而惜一侍中邪？」裴炎害怕，告知武則天。武則天決定廢唐中宗為廬陵王。初七，立相王李且為皇帝，改元文明，政事決於武則天太后，命李旦居於別殿，不得有所干預。從此，開始了武則天臨朝稱制獨攬朝政的年代。九月，武則天改元光宅。
光宅元年(684年)四月二十二日。遷廬陵王李顯於房州，二十六日遷均州，次年三月二十一日再遷房州。從此，李顯開始了14年的幽居生活，直至聖歷元年(698年)召回朝廷立為太子。李顯於神龍元年(705年)再次稱帝，在稱帝后的第五年(景雲元年)六月被韋皇后及安樂公主毒殺於神龍殿，享年55歲。看唐中宗李顯的一生行事，被認為是個平庸之才。武則天當年廢李顯實屬先見之明，14年後再度起用乃是無可奈何之舉。
李旦是武則天的第四個兒子，於龍朔二年(662年)六月初一出生，光宅元年(684年)稱帝，為睿宗，時年22歲。稱帝后改元文明，但一直未管理朝政，武則天臨朝之初被幽於別官。20多年後，景雲元年(710年)又稱帝，由於不善處理朝政，兩年後於延和元年(712年)讓位於三子李隆基。由此看，唐睿宗李旦也是個平庸天子。
人常說「知子女莫若父母」。武則天之臨朝正是知道兒子的無能，若自己退位交出皇權無異於自獻首級，她和唐高宗奮鬥一生的基業將會落入宗室王公之手，她與她的子孫們也只能面臨死亡。所以，武則天挺身臨朝，在擊敗政敵之前，子孫幽閉宮中，一則防亂，二則保護子嗣，更防他人挾皇子亂天下造成母子之間的戰亂。在擊敗政敵之後，鋪平了通往帝座的道路，她安安穩穩地當了15年的女皇帝，最後將帝位傳給了兒子。