Khoa học thần kinh và xu hướng tính dục
Hiệu ứng thứ tự sinh anh em trai

Bài chi tiết: Fraternal birth order and male sexual orientation
Khoa học thần kinh đã được nhắc đến trong nghiên cứu về thứ tự sinh và xu hướng tính dục của người mang giới tính nam. Một số lượng lớn các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một người nam càng có nhiều anh trai cùng mẹ, khả năng người nam ấy là đồng tính luyến ái càng cao. Thông qua việc đo lường, người ta chỉ ra rằng khả năng đồng tính của một trẻ em trai tăng từ 33 đến 48% với mỗi người anh trai. Sự ảnh hưởng này không được tìm thấy ở những đứa trẻ có anh trai nuôi hoặc cùng cha khác mẹ, và điều này đã trở thành dấu hiệu cho một cơ chế sinh học tiền sinh sản. Ray Blanchard và Anthony Bogaert khám phá ra mối tương quan này vào những năm 90, và đặt tên cho nó là "Hiệu ứng thứ tự sinh anh em trai" (FBO). Người ta tin rằng cơ chế này ảnh hưởng đến giai đoạn người mẹ phát triển phản ứng miễn dịch chống lại một chất quan trọng trong sự phát triển của thai nhi nam trong thai kì, và khả năng xảy ra miễn dịch càng lúc càng tăng lên ứng với mỗi thai nhi nam được thụ thai. Người ta nghĩ rằng hiệu ứng miễn dịch này gây ra sự thay đổi trong (một số) giai đoạn phát triển tiền sinh sản của não ở đứa trẻ nam được sinh ra. Mục tiêu của phản ứng miễn dịch là các phân tử (đặc biệt là các protein liên kết Y, được cho là có tham gia trong việc phân biệt giới tính não của thai nhi) trên bề mặt tế bào não của thai nhi nam, bao gồm cả các phân tử ở vị trí của vùng dưới đồi trước (vùng này của não đã được chứng minh có liên hệ với xu hướng tính dục trong một nghiên cứu khác.) Kháng thể được tạo ra trong phản ứng miễn dịch được cho là xuyên qua nhau thai và đi vào bào thai, sau đó liên kết với các phân tử liên kết Y và từ đó thay đổi vai trò của chúng trong việc phân biệt giới tính, khiến cho một số nam giới bị thu hút bởi nam giới thay vì nữ giới. Các chứng cứ hóa sinh ủng hộ cho giả thuyết này được tìm thấy vào năm 2017, rằng mẹ của những người con trai đồng tính luyến ái, đặc biệt là những người có anh trai, có mức độ kháng NLGN4Y cao hơn rất nhiều so với những người nữ khác, bao gồm cả mẹ của những người con trai dị tính luyến ái.
Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là tất cả hay hầu hết những người con trai sẽ là đồng tính luyến ái sau nhiều lần người mẹ mang thai con trai, đúng hơn là khả năng con trai sinh ra mang xu hướng tính dục là đồng tính luyến ái tăng lên khoảng 2% sau con trai đầu lòng, 4% sau con thứ hai, 6% sau con thứ ba và tiếp tục tăng lên như vậy. Các nhà khoa học ước tính có khoảng từ 15% đến 29% những người nam có xu hướng tính dục là đồng tính luyến ái là do hiệu ứng này, nhưng con số thực sự có thể còn cao hơn, do người mẹ có thể đã từng bị sảy thai và phá thai con trai trước đó. Điều này có thể đã khiến cơ thể người mẹ sản sinh ra kháng nguyên liên kết Y. Thêm vào đó, hiệu ứng này không có ảnh hưởng đối với những người nam thuận tay trái. Bởi vì nó phụ thuộc vào tay thuận, tay thuận lại là đặc điểm được quyết định trước khi được sinh ra, nó khẳng định thêm tính sinh học chứ không phải tâm lý của hiệu ứng thứ tự sinh anh em. Hiệu ứng thứ tự sinh không được áp dụng vào quáqua trình phát triển xu hướng tính dục đồng tính luyến ái ở nữ giới. Blanchard không tin rằng cùng một phản ứng kháng thể sẽ gây ra đồng tính luyến ái ở con trai đầu lòng - thay vào đó, nó có thể là do di truyền, do nội tiết tố tiền sinh sản và nhiều phản ứng miễn dịch khác của người mẹ ảnh hưởng sự phát triển não bộ của thai nhi.
Những nghiên cứu không nhận thấy sự tương quan giữa đồng tính nam và thứ tự sinh thường bị chỉ trích vì sai lầm trong phương pháp luận và phương pháp chọn mẫu. Ray Blanchard xem hiệu ứng như "một trong những biến số dịch tễ học đáng tin cậy nhất từng được xác định trong nghiên cứu xu hướng tính dục," và J. Michael Bailey đã nói rằng không có giả thuyết hợp lý nào ngoài phản ứng miễn dịch của người mẹ đã từng được tìm ra.