Le cause della disforia di genere non sono ancora chiare. Sono stati chiamati in causa sia fattori psicosociali che fattori biologici per spiegarne l'insorgenza. Attualmente l'ipotesi più accreditata è che entrambi i tipi di fattori contribuiscano al suo sviluppo (Winter S et al. 2016; Chipkin SR et al. 2017). Sebbene si ritenga che i fattori psicosociali, come l'educazione ricevuta dai genitori, l'ambiente e gli eventi della vita, rivestano grande importanza nella comparsa della disforia di genere, ancora non esistono prove sperimentali a supporto di tale teoria.
Per quanto riguarda i fattori biologici, studi effettuati su popolazioni di gemelli hanno evidenziato che nei gemelli monozigoti (vale a dire generati dalla stessa cellula-uovo e, quindi, dotati dello stesso corredo genetico) la possibilità che si manifesti la disforia di genere in entrambi è più alta che nei gemelli eterozigoti (generati da due distinte cellule uovo e quindi dotati per il 50% dello stesso corredo genetico). Ciò suggerisce che i fattori genetici abbiano un ruolo nell'insorgenza della disforia di genere. Esistono, poi, numerose teorie che considerano l'influenza degli ormoni sessuali nell'insorgenza della disforia di genere.
Come dimostrato da esperimenti effettuati su modelli animali, il processo di differenziazione sessuale non si limita allo sviluppo dei genitali, ma riguarda anche strutture del sistema nervoso centrale che regolano i comportamenti sessuali. Poiché la differenziazione dei genitali si verifica nei primi due mesi di vita intrauterina, mentre quella del sistema nervoso centrale inizia nella seconda metà della gravidanza e diventa manifesta nella vita adulta, è stato ipotizzato che nei soggetti con disforia di genere questi due processi avvengano in maniera non coerente fra loro. A riguardo è stata suggerita l'importanza degli ormoni sessuali maschili prenatali, in particolare del testosterone, nello sviluppo dell'identità di genere maschile. Infatti, alcuni studi hanno evidenziato che bassi livelli di testosterone in feti di sesso biologico maschile si possono associare ad un'aumentata incidenza di disforia di genere. Inoltre, una ridotta sensibilità al testosterone e, quindi, un funzionamento difettoso di questo ormone sono stati evidenziati in persone MtF.
Altri studi, invece, si sono concentrati sull'osservazione di aree del cervello (cerebrali) sessualmente diverse nel maschio e nella femmina e sembrano suggerire che le strutture cerebrali delle persone con disforia di genere ricordino quelle degli individui con la medesima identità di genere, anziché quelle di chi ha lo stesso sesso biologico.
La disforia di genere può anche essere il risultato di altre circostanze rare, come i disordini dello sviluppo sessuale, per esempio:

insufficienza delle ghiandole surrenali già presente alla nascita (insufficienza surrenalica congenita) caratterizzata nei soggetti di sesso femminile da elevati livelli di ormoni sessuali maschili che portano allo sviluppo di genitali ambigui
sindrome di Morris, condizione in cui, a causa di mutazioni a carico del recettore per gli ormoni sessuali maschili, il corpo pur essendo geneticamente maschile è insensibile agli ormoni sessuali maschili e si sviluppa con genitali femminili