Song tính luyến ái
Các nghiên cứu giả thuyết và phản hồi từ xã hội

Bài chi tiết: Yếu tố sinh học trong thiên hướng tình dục và Yếu tố môi trường trong thiên hướng tình dục
Xem thêm: Nội tiết tố tiền sản và xu hướng tính dục và Số lượng anh trai và thiên hướng tình dục
Không có những nguyên nhân chính xác nào được các nhà khoa học đồng thuận cho việc một cá nhân hình thành xu hướng tính dục dị tính, song tính hay đồng tính. Mặc dù các yếu tố sinh học được ủng hộ nhiều, các nhà khoa học không tin rằng sự phát triển của xu hướng tính dục bắt nguồn từ bất cứ một yếu tố nào trong số đó. Đa số họ tin rằng sự phát triển của xu hướng tính dục được quyết định bởi mối liên hệ phức tạp của các tác động từ di truyền, nội tiết tố và môi trường, và được hình thành từ sớm. Có nhiều bằng chứng ủng hộ các nguồn gốc về mặt phi xã hội và sinh học hơn về mặt xã hội, đặc biệt đối với nam giới. Không có bằng chứng xác thực nào cho thấy quá trình nuôi dạy hoặc trải nghiệm thời thơ ấu có vai trò liên quan đến khuynh hướng tình dục. Các nhà khoa học không tin rằng xu hướng tính dục là một sự lựa chọn.
Hiệp hội Tâm lý học Hoa Kỳ khẳng định: "Cho đến nay, không có nghiên cứu khoa học được lặp lại nào hỗ trợ bất kỳ nguyên nhân sinh học cụ thể nào cho đồng tính luyến ái. Tương tự, không có nguyên nhân tâm lý xã hội hoặc gia đình cụ thể nào dẫn đến đồng tính luyến ái được xác định, bao gồm cả lịch sử bị lạm dụng tình dục thời thơ ấu."  Nghiên cứu về cách xu hướng tính dục được quyết định bởi di truyền hoặc các tác nhân trước khi sinh khác đóng vai trò quan trọng trong các cuộc tranh luận về chính trị và xã hội về đồng tính luyến ái, đồng thời cũng làm dấy lên nỗi sợ hãi về quá trình xác định đơn vị vật chất di truyền và xét nghiệm trước sinh.
Magnus Hirschfeld cho rằng xu hướng tính dục ở người trưởng thành có thể được giải thích dựa trên bản chất lưỡng tính của bào thai đang phát triển: ông tin rằng, trong mỗi phôi thai đều có một trung khu thần kinh thô sơ dành cho cảm giác hấp dẫn với nam giới và một trung khu khác cho cảm giác với nữ giới. Trong hầu hết các bào thai, trung tâm của sự hấp dẫn dị tính phát triển trong khi trung tâm của sự hấp dẫn đồng tính thoái hoá, nhưng trong những bào thai trở thành người đồng tính, hiện tượng này bị đảo ngược. Simon LeVay chỉ trích giả thuyết của Hirschfeld về giai đoạn đầu trong sự phát triển của song tính, cho rằng nó rất mơ hồ; LeVay khẳng định Hirschfeld đã thất bại trong việc phân biệt giữa ý kiến cho rằng não bộ không phân biệt giới tính ở giai đoạn đầu của sự phát triển với ý kiến rằng một cá nhân thực sự trải nghiệm sự hấp dẫn tình dục đối với cả nam và nữ. Theo LeVay, Hirschfeld tin rằng ở hầu hết những người song tính, sức hấp dẫn đồng tính tương đối thấp, do vậy có khả năng hạn chế sự phát triển của đồng tính luyến ái ở người trẻ tuổi; đây là điều mà Hirschfeld ủng hộ.
Hirschfeld đã tạo ra một thang đo điểm mười để đánh giá sức mạnh của ham muốn tình dục, với chiều hướng ham muốn được biểu thị bằng các chữ cái A (cho dị tính luyến ái), B (cho đồng tính luyến ái) và A + B (cho song tính luyến ái). Trên thang đo này, người nào ở A3, B9 sẽ ít bị thu hút bởi người khác giới mà bị thu hút một cách mãnh liệt bởi người đồng giới; người ở A0, B0 sẽ là người vô tính; và người ở A10, B10 sẽ bị hấp dẫn bởi cả hai giới. LeVay so sánh thước đo của Hirschfeld với thước đo được phát triển bởi Kinsey nhiều thập kỷ sau đó.
Cha đẻ của Phân tâm học, Sigmund Freud, tin rằng mỗi một cá nhân đều là song tính theo nghĩa kết hợp chặt chẽ những thuộc tính chung của cả hai giới tính. Theo ông, điều này đúng về mặt giải phẫu và do đó cũng đúng về mặt tâm lý, với sự hấp dẫn tình dục đối với cả hai giới là một khía cạnh của tâm lý song tính. Freud tin rằng trong quá trình phát triển giới tính, mặt nam tính của xu hướng song tính này thường sẽ thống trị ở nam giới và là mặt nữ tính trong trường hợp của phụ nữ, nhưng tất cả những người trưởng thành vẫn có những ham muốn xuất phát từ cả hai mặt nam tính và nữ tính trong bản chất của họ. Freud không khẳng định rằng tất cả mọi người là song tính theo nghĩa cảm nhận được mức độ hấp dẫn tình dục như nhau đối với cả hai giới. Niềm tin của Freud về song tính luyến ái bẩm sinh đã bị bác bỏ bởi Sándor Radó vào năm 1940 và nhiều nhà phân tâm học sau này. Radó lập luận rằng không có song tính luyến ái về mặt sinh học ở người. Nhà phân tâm học Edmund Bergler đã tranh luận trong Homosexuality: Disease or Way of Life? (Đồng tính luyến ái: Bệnh tật hay cách sống?) (1956) rằng song tính luyến ái không tồn tại và tất cả những người được cho là song tính đều là người đồng tính.
Alan P. Bell, Martin S. Weinberg, và Sue Kiefer Hammersmith ghi lại trong Sexual Preference (Khuynh hướng lựa chọn Tình dục) (1981) rằng, những người song tính có khuynh hướng lựa chọn tình dục ít liên quan rõ rệt đến cảm giác tình dục trước tuổi trưởng thành hơn so với những người dị tính và đồng tính. Dựa trên kết luận này và các phát hiện khác, họ đề xuất ý kiến là song tính luyến ái bị ảnh hưởng bởi các kinh nghiệm từ xã hội và tình dục hơn là đồng tính luyến ái hoàn toàn. Letitia Anne Peplau và các tác giả khác cho rằng, mặc dù ý kiến của Bell và cộng sự về việc "các yếu tố sinh học có thể ảnh hưởng đến đồng tính luyến ái nhiều hơn so với song tính" có vẻ hợp lý, giả thuyết này vẫn chưa được kiểm nghiệm trực tiếp và dường như mâu thuẫn với các chứng cứ hiện có, ví dụ như bằng chứng liên quan đến việc tiếp xúc với nội tiết tố trước sinh.
Song tính luyến ái ở con người vẫn luôn được nghiên cứu song hành với đồng tính luyến ái. Van Wyk và Geist lập luận rằng điều này là vấn đề trong nghiên cứu tính dục, bởi một số ít nghiên cứu quan sát riêng biệt những người song tính đã chỉ ra rằng họ thường khác biệt so với người dị tính và đồng tính. Hơn nữa, song tính luyến ái không phải lúc nào cũng ở giữa của sự phân đôi. Nghiên cứu chỉ ra, song tính luyến ái bị ảnh hưởng bởi sự tương tác giữa các biến số thuộc về sinh học, nhận thức và văn hoá, từ đó dẫn đến nhiều loại song tính khác nhau
Trong cuộc tranh luận gần đây xoay quanh những ảnh hưởng đến xu hướng tính dục, những giải thích dựa trên cơ sở sinh học bị nghi ngờ bởi các nhà khoa học xã hội, đặc biệt từ những người ủng hộ nữ quyền khuyến khích phụ nữ tự quyết định cuộc sống và tính dục của mình một cách có ý thức. Mấu chốt khác biệt giữa thái độ của người đồng tính nam và nữ là việc nam giới thường nhìn nhận tính dục của họ dưới góc nhìn sinh học, "phản ánh trải nghiệm chung của nam giới trong văn hoá này, chứ không phải sự phức tạp trong thế giới đồng tính nữ". Bên cạnh đó, cũng có bằng chứng cho thấy tính dục của nữ giới có thể bị ảnh hưởng mạnh mẽ hơn bởi các yếu tố văn hoá và hoàn cảnh.
Nhà phê bình Camille Paglia đề cao song tính luyến ái như một lý tưởng. Năm 1995, trong cuốn sách của mình mang tên Vice Versa: Bisexuality and the Eroticism of Everyday Life (Đảo ngược: Song tính luyến ái và Sự gợi dục trong cuộc sống hàng ngày), giáo sư Marjorie Garber của Đại học Harvard chuyên nghiên cứu về Shakespeare đã đề xuất một trường hợp mang tính lý thuyết về song tính luyến ái. Trong đó, bà cho rằng hầu hết con người đều là song tính nếu không phải do sự kìm nén và  các yếu tố khác như thiếu cơ hội tình dục.