Wiele zachowań zwierząt różni się w zależności od płci i dlatego określa się je mianem dymorficznych płci (dimorficzne środki mające dwie formy). Większość z tych seksualnych zachowań dymorficznych jest częścią repertuaru reprodukcyjnego. Dobry przykład widać w ptakach śpiewających. U wielu gatunków samiec wydaje skomplikowane śpiewy, podczas gdy samica nie. Produkcja śpiewu u samców wynika z aktywności określonych jąder mózgu, których wzrost i łączność zależą od obecności testosteronu w krytycznym okresie rozwoju (patrz Ramka B w Rozdziale 24). U gryzoni z rozmnażaniem wiąże się również wiele zachowań dymorficznych płciowych. Przykładami są przygotowywanie genitaliów do stosunku płciowego oraz stereotypowa pozycja przyjmowana podczas seksu (lordoza dla kobiet, wsiadanie dla mężczyzn). Tak jak zaloty i zachowania związane z aktem seksualnym mogą być dymorficzne, inne zachowania reprodukcyjne, takie jak budowanie gniazd, opieka nad młodymi, poszukiwanie pożywienia, karmienie piersią i tak dalej, mogą przybierać dwie różne formy u kobiet i mężczyzn. U ludzi różne zachowania mężczyzn i kobiet mogą być znacznie bardziej subtelne, w tym poczucie tożsamości seksualnej, wybór partnera seksualnego i zachowania, które nie są bezpośrednio związane z funkcjami seksualnymi lub rozrodczymi, takie jak myślenie przestrzenne i języka.
Zarówno w przypadku ludzi, jak i zwierząt różnice w zachowaniu są oparte na szczegółach leżących u podstaw obwodów neuronowych. W związku z tym neurobiolodzy od dawna szukają różnic między mózgami kobiet i mężczyzn, które mogą wyjaśniać zachowań dymorficznych i, jak opisano w kolejnych rozdziałach, znalazły wiele przykładów. Te różnice w układzie nerwowym, podobnie jak różnice w zachowaniu, które powodują, są również określane jako dymorficzne. Należy jednak pamiętać, że chociaż różnice w mózgu zwierzęta, takie jak gryzonie, często mają dwie różne formy, u samic i samców te różnice neuronalne prawdopodobnie różnią się wzdłuż kontinuum.