Muitos comportamentos animais diferem entre os sexos e são, portanto, referidos como sexualmente dimórficos (dimórfico significa ter duas formas). A maioria desses comportamentos sexualmente dimórficos faz parte do repertório reprodutivo. Um bom exemplo é aparente em pássaros canoros. Em muitas espécies, o macho produz um canto complexo, enquanto a fêmea não. A produção do canto nos pássaros machos surge da atividade de núcleos cerebrais específicos, cujo crescimento e conectividade dependem da presença de testosterona durante um período crítico de desenvolvimento (ver Quadro B no Capítulo 24). Em roedores, muitos comportamentos sexualmente dimórficos também estão associados à reprodução. Os exemplos são a preparação da genitália para a relação sexual e uma posição estereotipada assumida durante o sexo (lordose para mulheres, montagem para homens). Assim como o namoro e os comportamentos associados ao ato sexual podem ser dimórficos, outros comportamentos reprodutivos, como construir ninhos, cuidar dos filhotes, buscar comida, amamentar e assim por diante, podem assumir duas formas diferentes em mulheres e homens. Em humanos, os diferentes comportamentos de homens e mulheres podem ser muito mais sutis, incluindo o senso de identidade sexual, a escolha de um parceiro sexual e comportamentos que não estão diretamente relacionados à função sexual ou reprodutiva, como pensamento espacial e uso da linguagem.
Tanto nos exemplos humanos quanto nos animais, as diferenças de comportamento são baseadas nos detalhes do circuito neural subjacente. Assim, os neurobiologistas há muito procuram por diferenças entre os cérebros de mulheres e homens que possam explicar sexualmente dimórficos e, conforme descrito nas seções subsequentes, encontraram muitos exemplos. Essas diferenças no sistema nervoso, como as diferenças comportamentais a que dão origem, também são chamadas de sexualmente dimórficas. Lembre-se, entretanto, que embora as diferenças cerebrais animais como roedores costumam ter duas formas distintas; em fêmeas e machos humanos, essas diferenças neurais provavelmente variam ao longo de um continuum.