La relación entre el entorno y la orientación sexual ha sido un tema de investigación. En el estudio de la orientación sexual algunos investigadores distinguen entre influencias medioambientales e influencias hormonales, mientras que otros incluyen las influencias biológicas, como las hormonas prenatales, como parte de las influencias medioambientales. Científicamente hablando, se desconoce la causa exacta de la orientación sexual. Algunos científicos lo interpretan como el resultado de una compleja interacción genética, hormonal, y medioambiental, más que como una elección.
Las hipótesis sobre el impacto del entorno social posnatal en la orientación sexual son débiles, especialmente para el género masculino. No existe evidencia substancial que sugiera que el modo de crianza o las experiencias en la infancia tengan una influencia en la orientación sexual. Sin embargo, existen investigaciones que relacionan la disconformidad de género en la infancia con la homosexualidad.
Orientación sexual e identidad de orientación sexual Por lo general no se hace una distinción entre la orientación sexual y la identidad de orientación sexual, lo cual puede impactar la evaluación de identidad sexual, así como la idea de que la orientación sexual pueda cambiar o no. La identidad de orientación sexual puede cambiar a lo largo de la vida de un individuo y puede o no estar alineada con el sexo biológico, la conducta sexual, o la orientación sexual. Por otra parte, la orientación sexual es estable y poco probable de cambiar para la mayoría de las personas. Algunos estudios indican que algunas personas pueden experimentar cambios en su orientación sexual, y esto es más común que suceda en mujeres que en hombres. Algunos científicos y expertos en salud mental consideran la orientación sexual no es una elección.
La Asociación Estadounidense de Psicología hace una distinción entre estos dos conceptos, definiendo a la orientación sexual como una atracción duradera, y a la identidad de orientación sexual como algo que puede cambiar a lo largo de la vida de las personas. Esta misma asociación establece que:La orientación sexual no es una elección y puede ser cambiada a voluntad, y que la orientación sexual es muy probablemente el resultado de la compleja interacción de factores ambientales, cognitivos y biológicos… es formada desde una edad temprana… [y la evidencia sugiere] que factores biológicos, incluyendo genéticos y hormonales, juegan un rol significativo en la sexualidad de las personas. La identidad de orientación sexual (no la orientación sexual) parece modificarse a través de psicoterapia, grupos de apoyo, y situaciones de vida.Finalmente, esta asociación explica que es posible que los individuos sean consientes en distintos puntos de sus vidas de que son heterosexuales, gay, lesbianas, o bisexuales. Además de que se oponen al uso de tratamientos psiquiátricos como terapias de reorientación sexual, las cuales se basan en la asunción de que la homosexualidad como tal es un desorden mental, o en que el paciente deba cambiar su orientación homosexual. Por otra parte, fomentan la psicoterapia gay afirmativa.
Entorno prenatal La influencia de las hormonas en el desarrollo fetal ha influido en ciertas hipótesis sobre el desarrollo de la orientación sexual. En términos sencillos, el desarrollo fetal cerebral comienza en un estado típico ‘femenino’. La presencia de los cromosomas Y masculinos incitan el desarrollo de los testículos los cuales descargan testosterona, la principal hormona andrógena, para masculinizar al feto y su cerebro. Este efecto de masculinización impulsa la creación de estructuras cerebrales típicas de un hombre, y en la mayoría de los casos, la atracción hacia el sexo femenino. Se ha hipotetizado que los hombres homosexuales han sido expuestos a cantidades menores (o con fluctuaciones en momentos críticos) de testosterona en regiones clave del cerebro, o que tuvieron diferentes niveles de receptividad a los efectos de masculinización. En el caso de las mujeres, se cree que la exposición a altos niveles de testosterona en regiones clave del cerebro puedan incrementar la posibilidad de atracción por alguien del mismo sexo. Un estudio que apoya esta teoría es el ratio digital de la mano derecha, el cual es un marcador robusto de exposición prenatal a testosterona. De acuerdo con varios estudios cros-culturales, en promedio, las lesbianas presentan significativamente más ratios digitales masculinos. Mientras que los efectos directos son difíciles de medir por razones éticas, estudios en animales en los que se puede manipular la exposición a hormonas sexuales durante la gestación, indican que se puede inducir conductas típicamente masculinas en sujetos femeninos y viceversa.
La respuesta inmune materna durante el desarrollo fetal han demostrado ser causantes de la homosexualidad masculina y la bisexualidad. Investigaciones realizadas desde 1990 han demostrado que cuantos más hijos hombres tiene una mujer, mayor es la posibilidad de que los que nacen al final sean gay. Durante el embarazo, las células masculinas entran al torrente sanguíneo de la madre, las cuales son extrañas para su sistema inmune, y en respuesta, su cuerpo genera anticuerpos para neutralizarlas. Estos anticuerpos son liberados en los futuros fetos masculinos y pueden neutralizar antígenos ligados al cromosoma Y, lo cual juega un papel importante en la masculinización del cerebro, dejando a las áreas del cerebro responsables de la atracción sexual en el estado típico femenino, o de atracción hacia los hombres. Conforme el número de hijos hombres aumente, también lo hará el número de estos anticuerpos, generando así el efecto del orden de nacimiento de los hermanos. Un estudio realizado en 2017 muestra evidencia bioquímica que apoya este efecto. Se encontró que las mujeres con un hijo gay, particularmente aquellas con hijos mayores presentaban incrementos en los anticuerpos de la proteína NLGN4Y mucho mayores a los de las madres con hijos heterosexuales, por lo que algunos científicos describen la respuesta inmune materna como la causa de la homosexualidad masculina. Entre el 15 y el 29% de los hombres homosexuales pueden ser atribuidos a este efecto, mientras que el resto deben su orientación sexual a interacciones genéticas y hormonales.
Las teorías de socialización fueron dominantes en los años de 1900s, éstas favorecían la idea de que los niños nacían indiferenciados y que eran socializados en ciertos roles de género y orientación sexual. Esto llevó a una serie de experimentos médicos en los que recién nacidos e infantes masculinos eran quirúrgicamente reasignados al sexo femenino tras accidentes durante la circuncisión. Estos niños eran posteriormente criados y educados como mujeres sin hacerles saber lo sucedido. Contrario a las expectativas, estos cambios no los hizo representar características femeninas ni estar atraídos a hombres. Todos los casos publicados resultaron en una orientación sexual en la que se sentían fuertemente atraídos hacia mujeres. El fracaso de estos experimentos demostró que los efectos de la socialización no inducen conductas femeninas en hombres, ni los hace estar atraídos a hombres. Además, se estableció que los efectos organizacionales de las hormonas en el cerebro fetal pueden tener consecuencias permanentes.
El núcleo sexualmente dimórfico es una región clave en el cerebro que diferencia entre hombres y mujeres a los humanos y otros mamíferos (por ejemplo: ratones, ratas, ovejas); esto es causado por diferencias en la exposición a esta hormona. La región INAH-3 es una región más grande en hombres que en mujeres, y se cree que es una región crítica en cuanto a la conducta sexual. Estudios de disección muestran que los hombres homosexuales tienen una región INAH-3 más pequeña que los hombres heterosexuales; en el caso de las mujeres ocurre lo contrario.
Estudios a largo plazo en ovejas domesticadas muestran que entre el 6 y el 8% de los animales exhiben una preferencia homosexual a lo largo de su vida. Durante la disección del cerebro de estos animales se encontró una estructura pequeña (feminizada) en las ovejas homosexuales, en comparación con las ovejas homosexuales. Esta región es la equivalente al núcleo sexualmente dimórfico en humanos, y es llamado núcleo sexualmente dimórfico ovino. El tamaño de esta región es formado en el útero, disminuyendo el rol de las hormonas prenatales en la masculinización del cerebro para la atracción sexual.
Otros estudios en humanos se basan en la tecnología de imagenología cerebral comparando ambos hemisferios del cerebro. Estos estudios demuestran que los hombres heterosexuales tienen el hemisferio derecho 2% más grande que el izquierdo, lo que se considera una alta diferencia significativa. En mujeres heterosexuales ambos hemisferios son del mismo tamaño, al igual que en hombres heterosexuales. Mientras que las mujeres lesbianas presentan un ligero aumento en el tamaño del hemisferio derecho, lo que podría representar una inclinación hacia la dirección masculina.
Existe un modelo genético evolutivo propuesto por William R. Rice, el cual argumenta que la mal expresión de un modificador epigenético de la sensibilidad a testosterona afecta el desarrollo cerebral, y puede explicar la homosexualidad u la discordancia gemelar. Este modelo propone que los epimarcadores normalmente canalizan el desarrollo sexual, previenen condiciones de intersexualidad, pero que en ocasiones no se borran con el paso de las generaciones, lo que ocasiona una preferencia sexual revertida. En términos de plausibilidad evolutiva se ha argumentado la posibilidad de que todos los mecanismos exclusivos de una orientación homosexual puedan remontarse al modelo epigenético. La tecnología actual de células madre abre la posibilidad de probar esta teoría.
Inconformidad de género en la infancia Varios investigadores han llegado a la conclusión de que la inconformidad de género en la infancia es clave en predicción de homosexualidad en la vida adulta. Especialmente en hombres, ya que en mujeres es un factor que no está bien comprendido. Algunos hombres homosexuales reportan haber sido niños con ciertas conductas femeninas, mientras que algunas mujeres lesbianas reportan haber sido niñas con características masculinas. Las mujeres con hiperplasia congénita adrenal, la cual tiene efectos en la producción de esteroides sexuales, reportan más conductas típicas masculinas y muestran menos intereses heterosexuales. Algunos científicos describen la inconformidad de género en la infancia como un claro indicador de que la homosexualidad masculina es un factor de nacimiento, resultado de hormonas, genes y otros factores de desarrollo prenatal.
El psicólogo Michael J. Bailey describe en su libro El hombre que será reina (The man who would be queen), que los niños sufren más regaños que premios por no estar conforme con su género, y que esta conducta emerge sin ningún estímulo y más bien por la opresión, lo que confirma la idea de que la homosexualidad es innata. El autor describe a los niños inconformes con su género como niños que pueden hablar sobre las influencias biológicas en su género y sexualidad.