Yếu tố sinh học ảnh hưởng đến quá trình hình thành thiên hướng tình dục đã được nghiên cứu. Không có nguyên nhân đơn lẻ nào trong quá trình hình thành thiên hướng tình dục từng được chứng minh và cũng chưa có sự thống nhất là yếu tố sinh học hay yếu tố môi trường là chính. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng cả hai yếu tố đều có những ảnh hưởng phức tạp.[1][2] Viện Nhi khoa Hoa Kỳ và Hiệp hội Tâm lý Hoa Kỳ đều khẳng định rằng có nhiều nguyên nhân hình thành thiên hướng tình dục.[3][4] Nhiều yếu tố sinh học được xác định bao gồm kiểu gen, hooc môn bào thai và cấu trúc não bộ. Việc kết luận một yếu tố sinh học nào đó là nguyên nhân ảnh hưởng đến thiên hướng tình dục có ý nghĩa chính trị và văn hóa quan trọng.[5]Mối quan hệ giữa sinh học và xu hướng tính dục là một đối tượng trong công tác nghiên cứu. Mặc dù các nhà khoa học không biết được nguyên nhân cụ thể hình thành nên xu hướng tính dục nhưng họ vẫn đề ra giả thuyết cho rằng xu hướng tính dục là hệ quả của sự tác động qua lại phức tạp giữa các nhân tố gen, hormone và tác động môi trường.[6][7][8] Tuy nhiên, các giả thuyết về tác động từ phương diện xã hội của nhân tố môi trường lên xu hướng tính dục của cá nhân sau khi được sinh ra còn thiếu tính xác thực, đặc biệt đối với nam giới.[9]Các giả thuyết về sinh học giải thích những nguyên nhân hình thành xu hướng tính dục nhận được sự ưu ái của các nhà khoa học.[6] Những yếu tố này, có khả năng liên quan đến sự phát triển của xu hướng tính dục, bao gồm gen, môi trường tử cung trong giai đoạn đầu (các hormone trước khi sinh) và cấu trúc não bộ.