erin %4’ü X kromozomu inaktivasyonlarında asimetri gösterirken bu oran bir eşcinsel erkek çocuğa sahip annelerde %13, iki ya da daha fazla eşcinsel erkek çocuğa sahip annelerde %23’tür.

Gebelik ve doğum sonrası boyunca epi-işaretleyicilerin genlerin ifade edilmesi üstündeki kontrolü geçici olarak değişmektedir. Epi-işaretleyiciler histon proteinlerinin ve DNA histonlarına bağlanan metil ve asetil gruplarının modifikasyonudur. Proteinlerin fonksiyonunu değiştirir, genlerin ifade edilmesini etkiler. Epi-işaretleyiciler fetüsün normal bir cinsel gelişme yaşamasına yardım etmek için tasarlanmıştır ama mitoz bölünme sırasında çocuğa geçebilir. Bu epi-işaretleyiciler babadan kıza ya da anneden oğula geçtiğinde erkeklerdeki bazı özelliklerin feminenleşmesi ve kadınlardaki bazı özelliklerin maksülenleşmesi gibi ters etkilere neden olabilir. Feminenleşme ve maskülenleşmenin tersine dönmesi cinsel tercihinde tersine dönmesine neden olabilir.

Doğum öncesi hormonal teori, belli hormonların fetüsün cinsiyet farklılaşmasında rol oynaması gibi kişinin cinsel yönelimine de etki ettiğini söyler. Doğum öncesi hormonlar cinsel yönelimin ana belirliyicisi olabilir ya da genler, biyolojik faktörler, çevresel ve sosyal durumlarla birlikte yardımcı bir faktör olabilir. Gelişen beyin hücreleriyle etkileşim içinde olan hormonların ve genlerin etkilediği beyin yapısındaki farklılıkların cinsel yönelim dahil olmak üzere sayısız davranışlardaki cinsiyet farklılıkların temeli olduğuna inanılır. Doğum öncesi hormonlar çocuklardaki cinsiyete uygun davranışları (sex-typed behaivor) etkileyebilir. Bu hipotez memeli hayvanlar üstünde yapılan çok fazla sayıda yapılan deneysel çalışmalar sonucu ortaya atılmıştır. Benzer etkilerin insanlardaki nörodavranışsal gelişiminde görülmesi uzmanlar arasında büyük bir tartışma konusu olmuştur. Son yapılan çalışmalar doğum öncesi maruz kalınan androjenin çocuklardaki cinsiyete uygun davranışları etkilediğine dair kanıtlar bulmuştur.

Doğum öncesi maruz kalınan hormonların işaretlerinden biri işaret parmağı uzunluğunun yüzük parmağı uzunluğuna oranıdır. (Erkekler kızlara göre daha düşük 2D;4D oranına sahiptir.) Bağımsız araştırmalar lezbiyen kadınların daha maskülenleşmiş (daha düşük) 2D;4D oranlarına sahip olduğunu bulmuştur. Bu efekt henüz heteroseksüel ve eşcinsel erkeklerde gözlenmemiştir. Ama bu parmak oranlarının doğum öncesi androjenlerle bağlantılı olduğu tartışmalıdır. Başka doğum öncesi faktörlerde bunda rol oynayabilir. Bazı araştırmalar bu hipotezi desteklerken diğerleri desteklememiştir.

CAH hastaları (congenital adrenal hyperplasia, fetüs gelişirken yüksek androjen seviyelerinde oluşan otozomal resesif bir hastalık) anne karnında aşırı androjen hormonuna maruz kalmalarından dolayı değişen seviyelerde bir maskülenleşmiş vücuda ve daha çok maskülenleşmiş davranışlara sahiptir. Araştırmalar CAH hastalarının, kontrol grubundaki kadınlara göre daha çok eşcinsel ya da biseksüel yönelime sahip olduğunu göstermiştir. Geçmişte düşük yapmayı engellemek için kullanılan bir ilaç olan beyaz billur tozunun (diethylstilbestrol (DES)) kadınların cinsel yönelimiyle olan ilişkisi incelenmiş, anne karnındayken DES'e maruz kalmış kadınların kontrol grubundaki kadınlara göre daha yüksek oranda (%17’ye %0) eşcinsel birliktelik yaşadıklarını rapor edilmiştir. Ama DES kadınlarının büyük çoğunluğu tümüyle heteroseksüel yönelime sahip olduğu belirtilmiştir. CAH ve DES çalışmaları doğum öncesi hormonal teoriyi bir parça desteklemektedir ama sadece eşcinsel kadınların küçük bir bölümünün eşcinselliğini açıklamaktadır.

Kadınlar düşük frekanstaki sesleri erkeklere göre daha iyi duyarlar ve iç kulaklarındaki kokleadan ürettikleri oto-akustik emisyon (OAE), erkeklere göre daha yüksektir. Erkeklerin düşük frekanstaki sesleri algılamada daha kötü ve ürettikleri OAE’nin daha düşük seviyede olmasının sebebinin anne karnında daha fazla androjen hormonuna maruz kalmalarından dolayı olduğu düşünülmektedir. Dennis McFadden tarafından yapılan bir araştırma (1998) lezbiyen ve biseksüel kadınların ürettikleri OAE seviyesinin heteroseksüel kadınlara göre daha düşük (daha maskülenleşmiş) olduğunu bulmuştur. Ama heteroseksüel, eşcinsel ve biseksüel erkekler arasında önemli bir farklılık bulunamamıştır.

Blanchard ve Klassen (1997), her büyük erkek kardeşin bir erkeğin gay olma ihtimalini bir önceki erkek kardeşinkinin yaklaşık yüzde 33’ü kadar arttırdığını rapor etmiştir. Bu oran, cinsel yönelimle ilgili yapılmış araştırmalarda tanımlanmış en güvenilir epidemiyolojik değişkenlerden biridir. Bu bulgular sonucunda erkek fetüslerin, her erkek çocuk doğurdukça güçlenen annesel bağışıklık sistemini tetiklediği öne sürülmüştür. Bu anne immün hipotezi, erkek fetüsteki hücrelerin hamilelik ya da doğum sırasında annenin dolaşımına girmesiyle başlar. Erkek fetüsler, omurgalıların seksüel olarak farklılaşmasında rol oynadığı nerdeyse kesin olarak bilinen HY antijenlerini üretir. Bu Y bağlantılı proteinler annenin bağışıklık sistemi tarafından tanınmaz çünkü annenin cinsiyeti dişidir. Bu tanınmamazlık yüzünden anne plazental duvardan fetal bölüme kadar ulaşan antikorlar üretir. Bu anti-erkek antikorlar gelişen fetal beynin kan/beyin duvarını aşar ve beynin cinsel yönelimle bağlantılı, cinsiyete göre dimorfik yapılarını değiştirir. HY antijenlerinin beynin maskülenleşmesindeki kabiliyetini azaltan HY antikorları, erkek bebeğin büyüdüğünde kadınlardan çok erkeklere ilgi duyma ihtimalini arttırır. Buna doğum sırası efekti denir. Doğum sırası efekti, yaklaşık her 7 eşcinsel erkekten birinin eşcinselliğini açıklamaktadır. Kadınların cinsel yöneliminde ve büyük kız kardeşlere sahip olmakta doğum sırası efektinin herhangi bir etkisi olduğu gözükmemektedir.

Sol yanlı olma ihtimali eşcinsel kişilerde artmaktadır. Önceki çalışmaların meta-analizinde eşcinsel erkeklerin sol yanlı olma ihtimalinin heteroseksüel erkeklerinkinin %34’ü kadar daha fazla olduğu, eşcinsel kadınların sol yanlı olma ihtimalininse heteroseksüel kadınlarınkinin nerdeyse iki katı (%91) olduğu bulunmuştur. Blanchard ve meslektaşları (2006) doğum sırası efektiyle el yanlılık arasında bağlantı kurmuş, doğum sırası efektinin sadece sağ yanlı erkekler için geçerli olduğunu iddia etmiştir.

1991’de Simon LeVay, hipotalamustaki INAH1, INAH2, INAH3 ve INAH4 adı verilen 4 nöron grubunu incelemiştir. Beynin bu bölümünü önemlidir çünkü bu bölümün hayvanların cinsel davranışlarının düzenlenmesinde rol oynadığı kanıtlanmış ve INAH2 ve INAH3’ün erkeklerde ve kadınlarda farklılık gösterdiği rapor edilmiştir. Araştırma, AIDS yüzünden ölen 19 eşcinsel erkekten, cinsel yönelimleri bilinmeyen ama araştırmacılar tarafından heteroseksüel varsayılan, 6’sı AIDS’ten ölen 16 erkekten, yine araştırmacılar tarafından heteroseksüel varsayılan, 1’i AIDS’ten ölen 6 kadından oluşmaktaydı. Simon LeVay, heteroseksüel erkeklerdeki INAH3’ün büyüklüğünün, eşcinsel erkek ve heteroseksüel kadınlarınınkinin iki katı kadar olduğunu bulmuştur.

2001’de William Byne ve meslektaşları aynı araştırmayı 14 HIV pozitif eşcinsel erkek, heteroseksüel varsayılan 34 erkek (10 HIV pozitif) ve heteroseksüel varsayılan 34 kadın (9 HIV pozitif) üstünde tekrar yapmıştır. Araştırmacılar INAH3’ün büyüklüğünün heteroseksüel erkek ve kadınlarda önemli derecede farklılık gösterdiğini bulmuştur. Eşcinsel erkeklerinkinin görünüşte heteroseksüel erkeklerinkinden küçük, heteroseksüel kadınlarınkinden büyük olduğu bulunmuştur. Ama bu farklılığın tam olarak istatiksel bir öneme sahip olmadığı tespit edilmiştir. Byne ve meslektaşları aynı zamanda INAH3’ün ağırlığını ve nöronlarının sayılarını da ölçmüştür. INAH3’ün ağırlığının sonuçları büyüklüğününkilerine benzer çıkmıştır. Heteroseksüel erkeklerdeki INAH3’ün ağırlığı, heteroseksüel kadınlarınkine göre önemli ölçüde daha yüksek çıkarken, eşcinsel erkeklerin sonuçları, heteroseksüel erkek ve kadınların arasında çıkmıştır. Ama farklılığın önemli derecede olmadığı görünmüştür. INAH3’teki nöron sayılarında kadın ve erkekler arasında farklılık bulunurken cinsel yönelimle bağlantılı bir farklılık bulunamamıştır.

Erkek terindeki testosterondan elde edilen androstadienin (AND) ve hamile kadınların idrarında bulunan östrojene benzeyen estratetraenolinin (EST) insanlardaki feromon olduğu düşünülmektedir. AND ve EST’in kişinin cinsel yönelimine bağlı olarak ön hipotalamustaki nöral devreleri aktivite ettiği gözlenmiştir. Ön hipotalamus üreme fonksiyonların sürecinde rol oynamaktadır ve son kanıtlar ön hipotalamusun cinsel davranış ve cinsel tercihte rol oynayan hormonal ve duyumsal ipuçlarını birleştirmede yardım ettiğini öne sürmektedir. 2005’te İvanka Savic ve ekibi yaptığı araştırmada erkeklik kimyasalı AND’ın heteroseksüel erkeklerin beyninin olfactory bölgesini (koklama duyusuna ait bölge), eşcinsel erkek ve heteroseksüel kadınlarınsa hipotalamus bölgesini aktivite ettiği bulunmuştur. Kadınlık kimyasalı EST’inse eşcinsel erkek ve heteroseksüel kadınların olfactory bölgesini, heteroseksüel erkeklerinse hipotalamus bölgesini aktivite ettiği bulunmuştur. Aynı ekibin 2006’da yaptıkları bir araştırmada lezbiyen kadınların beyinlerinin verdiği tepkilerin heteroseksüel kadınlardan farklı olup heteroseksüel erkeklerinkine bir parça benzediği ama bu benzerliğin heteroseksüel kadınlar ve eşcinsel erkekler arasındaki benzerlik kadar güçlü olmadığı bulunmuştur. Yine aynı ekibin 2008’de yaptığı bir araştırmada eşcinsel erkek ve heteroseksüel kadınların beyin yarımkürelerinin ortalama olarak simetri gösterdiği ama lezbiyen kadın ve heteroseksüel erkeklerin beyinlerinin asimetri gösterdiği, beyinlerinin sol yarımkürelerinin sağ yarımküreye göre bir parça daha büyük olduğu bulunmuştur.

2003’te Qazi Rahman tarafından yapılan bir araştırma, lezbiyen kadınların irkilme tepkisinin (yüksek bir ses gibi beklenmedik bir uyarı karşısındaki göz kırpma refleksi) heteroseksüel kadınlarınkine göre önemli ölçüde daha fazla maskülenleşmiş olduğunu bulmuştur. Bu araştırma, irkilme tepkisinin beynin limbik sistemi tarafından kontrol ed