Veel studies hebben geprobeerd biologische factoren in de ontwikkeling van transgender identiteiten te isoleren door onderzoek naar genetica, prenatale blootstelling aan hormonen, neuro-anatomie, en cognitieve verwerking. Genetische studies tonen aan dat chromosomale variaties ongebruikelijk zijn, maar in hogere mate kunnen voorkomen dan in de algemene bevolking. Kandidaat-genen zijn onderzocht, met enkele positieve resultaten, hoewel deze nog moeten worden gerepliceerd. Onderzoek naar de effecten van blootstelling aan hormonen op de zich ontwikkelende foetus heeft zich geconcentreerd op de genderidentiteit bij intersekse personen, die vaak onvoorspelbaar is, en op proxy-markers voor blootstelling aan prenatale hormonen, zoals de vingerlengteverhouding en de geboortevolgorde, die geen duidelijke trends in transgendergroepen laten zien. Enkele kleine neuro-anatomische studies tonen verschillen aan bij transseksuelen, maar de resultaten zijn beperkt door kleine steekproeven en verwarrende variabelen zoals blootstelling aan hormonen op volwassen leeftijd. Talrijke studies tonen aan dat mannelijk-naar-vrouwelijk (MTF) transgenders vaker linkshandig zijn, maar de theoretische basis voor dit verschil is niet goed beschreven. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat prenatale biologie waarschijnlijk bijdraagt aan de transgenderidentiteit, maar dat de rol van deze biologie eerder interactief dan deterministisch kan zijn.