Veel dierlijk gedrag verschilt tussen de geslachten en wordt daarom seksueel dimorf genoemd (dimorf betekent twee vormen). De meeste van deze seksueel dimorfe gedragingen maken deel uit van het reproductieve repertoire. Een goed voorbeeld is zichtbaar bij zangvogels. Bij veel soorten produceert het mannetje complexe zang, terwijl het vrouwtje dat niet doet. De productie van zang bij mannetjesvogels komt voort uit de activiteit van specifieke hersenkernen waarvan de groei en connectiviteit afhangen van de aanwezigheid van testosteron tijdens een kritieke ontwikkelingsperiode (zie kader B in hoofdstuk 24). Bij knaagdieren worden veel seksueel dimorfe gedragingen ook geassocieerd met voortplanting. Voorbeelden zijn het primen van de geslachtsorganen voor geslachtsgemeenschap en een stereotiepe positie die wordt ingenomen tijdens het vrijen (lordose voor vrouwen, montage voor mannen). Net zoals hofmakerij en gedrag dat verband houdt met de seksuele handeling dimorf kunnen zijn, kunnen ander reproductief gedrag, zoals het bouwen van nesten, de zorg voor de jongen, voedsel zoeken, borstvoeding, enzovoort, twee verschillende vormen aannemen bij vrouwen en mannen. Bij mensen kunnen de verschillende gedragingen van mannen en vrouwen veel subtieler zijn, waaronder iemands gevoel van seksuele identiteit, de keuze van een seksuele partner en gedragingen die niet direct verband houden met seksuele of reproductieve functies, zoals ruimtelijk denken en taalgebruik.
In zowel menselijke als dierlijke voorbeelden zijn gedragsverschillen gebaseerd op de details van de onderliggende neurale circuits. Dienovereenkomstig hebben neurobiologen lang gezocht naar verschillen tussen de hersenen van vrouwen en mannen die seksueel kunnen verklaren dimorfe gedragingen en, zoals beschreven in de volgende paragrafen, hebben vele voorbeelden gevonden. Deze verschillen in het zenuwstelsel, zoals de gedragsverschillen die ze veroorzaken, worden ook seksueel dimorfe genoemd. Houd er echter rekening mee dat, hoewel hersenverschillen in dieren zoals knaagdieren hebben vaak twee verschillende vormen, bij menselijke vrouwtjes en mannetjes variëren deze neurale verschillen waarschijnlijk langs een continuüm.