目前,科学家认为性倾向的形成是基因、激素和环境的复杂的相互作用的结果,而并非只受一种因素影响 。基因最初,科学家会通过双生子研究来探索基因和环境对个体的影响。大量研究发现,同卵双生子(遗传基因完全一样)的性倾向相同的概率要大于异卵双生子(仅一半的遗传基因一样),这初步证明了基因对性倾向的影响 。部分研究显示,遗传效应对男性性倾向的影响更大。生物特征模型显示,对于男性而言,遗传可以解释34%~39%的性倾向成因;对女性则仅可以解释18%~19% 。之后,随着科学技术的进步,科学家可以从染色体,甚至基因的层面探讨遗传的影响。关于性倾向的染色体连锁研究表明,在整个基因组中存在多种促成性倾向的遗传因素。最早被发现的基因位于X染色体Xq28位置,它与男性的性倾向有关,被媒体宣传为“同志基因” 。之后,在8号、11号、13号、14号、15号染色体上均发现了与男同性恋相关的基因,在4号染色体上发现了与女同性恋相关的基因,并在1号、7号、9号、12号染色体上发现了对男女两性性倾向均有影响的基因。2019年,由美国、英国、瑞典、荷兰、丹麦、澳大利亚等国的科学家组成的国际研究团队,进行了迄今为止参与人数最多(涉及493001名个体)的同性性行为全基因组关联研究(genome-wide association study,GWAS),研究发现性倾向背后存在着数百甚至数千种基因变异,其中一些只影响特定的性别,也有一些通过性激素调节等对两个性别均有影响。所有的这些变异可以解释8%~25%的性倾向差异。但是基因影响性倾向的证据并不可以等同于基因决定论,基因只是影响性倾向的众多因素之一,并无法最终决定一个人的性倾向。激素激素理论认为,如同影响胎儿的性别分化一样,激素也会影响胎儿成年后的性倾向。一些研究认为,胎儿时的性激素水平会影响幼儿时期的孩子进行不同性别角色的活动,而幼儿时期的这种活动会影响成年后的性倾向 。