Muchos comportamientos animales difieren entre los sexos y, por lo tanto, se denominan sexualmente dimórficos (dimórficos significa que tienen dos formas). La mayoría de estos comportamientos sexualmente dimórficos forman parte del repertorio reproductivo. Un buen ejemplo es evidente en los pájaros cantores. En muchas especies, el macho produce un canto complejo, mientras que la hembra no. La producción del canto en los pájaros machos surge de la actividad de núcleos cerebrales específicos cuyo crecimiento y conectividad dependen de la presencia de testosterona durante un período crítico de desarrollo (véase el recuadro B del capítulo 24). En los roedores, muchos comportamientos sexualmente dimórficos también están asociados con la reproducción. Algunos ejemplos son la preparación de los genitales para las relaciones sexuales y una posición estereotipada que se asume al tener relaciones sexuales (lordosis para las mujeres, montaje para los hombres). Así como el cortejo y los comportamientos asociados con el acto sexual pueden ser dimórficos, otros comportamientos reproductivos como la construcción de nidos, el cuidado de las crías, la búsqueda de comida, la lactancia, etc. pueden tomar dos formas diferentes en hembras y machos. En los seres humanos, los diferentes comportamientos de hombres y mujeres pueden ser mucho más sutiles, incluido el sentido de identidad sexual de uno, la elección de una pareja sexual y comportamientos que no están relacionados directamente con la función sexual o reproductiva, como el pensamiento espacial y uso del lenguaje.
Tanto en ejemplos humanos como animales, las diferencias de comportamiento se basan en los detalles de los circuitos neuronales subyacentes. En consecuencia, los neurobiólogos han buscado durante mucho tiempo diferencias entre los cerebros de mujeres y hombres que podrían explicar sexualmente comportamientos dimórficos y, como se describe en secciones posteriores, se han encontrado muchos ejemplos. Estas diferencias en el sistema nervioso, al igual que las diferencias de comportamiento que dan lugar, también se denominan dimórficos sexuales. Sin embargo, tenga en cuenta que si bien las diferencias cerebrales en Los animales como los roedores a menudo tienen dos formas distintas; en las hembras y los machos humanos, estas diferencias neuronales probablemente varían a lo largo de un continuo.