在过去的几十年间，不同的研究者对包括异性恋和同性恋男性大脑的生物学差异、基因对性取向的影响甚至孕期对性取向的影响进行了很多研究。比如，其中个最早的研究发现，怀孕4~6个月（性别差异形成的孕期)间的女性如果体验到了强烈的应激，她们生下的男孩成为同性恋者的可能性明显高于其他情况。西蒙·列维（Simon LeVay)进行的一项有争议的研究表明，男性的下丘脑（在第2章中有过探讨，它控制着脑垂体，性腺和肾上腺通过脑垂体影响性行为和性发育)中的一个区域是女性的3倍。

列维检查了19位男同性恋者（全部因艾滋病而去世)、16位男异性恋者6位因艾滋病而去世)和6位性取向不明的女性的大脑结构。他发现，性取向不同的男性之间在男性比女性更大的下丘脑区域也存在差异，异性恋者是同性恋者的23倍。有研究者反对他的观点，原因是列维的研究中被试量太小，并且这种差异可能是由艾滋病毒所导致的，同时，女性的性取向是未知数。但列维仍然坚定地相信他的发现是可靠的。当然，列维发现的是相关的结果，相关并不能说明因果关系。比如，下丘脑的不同大小的确可能使性活动增加或减少。但区域大小可能是由生活方式上的其他不同所导致的，列维所检查的是已死亡的组织，它们可能随着时间而发生变化。只凭借性取向和下丘脑大小的关系并不能说明下丘脑大小可能导致性取向不同，要理清这一问题还需要更多研究。