Liczne badania próbowały wyodrębnić czynniki biologiczne w rozwoju tożsamości transpłciowych poprzez badania nad genetyką, prenatalną ekspozycją na hormony, neuroanatomią i przetwarzaniem poznawczym. Badania genetyczne wykazują, że zmiany chromosomalne są rzadkie, ale mogą występować częściej niż w populacji ogólnej. Zbadano geny kandydujące, uzyskując pewne pozytywne wyniki, które jednak muszą być jeszcze powtórzone. Badania nad wpływem ekspozycji hormonalnej na rozwijający się płód skupiły się na tożsamości płciowej u osób interseksualnych, która jest często nieprzewidywalna, oraz na markerach zastępczych prenatalnej ekspozycji hormonalnej, takich jak stosunek długości palców i kolejność narodzin, które nie wykazują wyraźnych tendencji w grupach transgenderowych. Kilka małych badań neuroanatomicznych wykazuje różnice u osób transpłciowych, ale ich wyniki są ograniczone ze względu na małą liczebność próby i zmienne zakłócające, takie jak ekspozycja na hormony u osób dorosłych. Liczne badania wykazują, że osoby transpłciowe typu mężczyzna-kobieta (MTF) mają wyższy wskaźnik leworęczności, ale podstawy teoretyczne tej różnicy nie są dobrze opisane. Gromadzone dowody wskazują, że biologia prenatalna prawdopodobnie przyczynia się do powstania tożsamości transpłciowej, ale jej rola może być raczej interaktywna niż deterministyczna.