Las hormonas sexuales (andrógenos) actúan durante el desarrollo organizando el desarrollo y la diferenciación de gónadas, órganos sexuales internos y genitales (dimorfismo sexual) y también las estructuras y vías neurales involucradas en la conducta sexual y reproductora (dimorfismo sexual en el sistema nervioso).
Los cromosomas sexuales (X e Y) dirigen la diferenciación sexual de las gónadas. Mientras que el hombre tiene los cromosomas XY, la mujer tiene los XX. En la quinta semana de gestación, el cromosoma Y activa el gen SRY (Sex-determining Region Y), responsable del factor de diferenciación testicular (TDF). Entre las 7 y las 12 semanas de gestación, las gónadas indiferenciadas se convierten en testículos y comienzan a liberar hormonas sexuales, o bien, en el caso de los cromosomas XX, se convierten en ovarios.
Las gónadas producen los gámetos y las hormonas sexuales. Las hormonas gonadales dirigen la diferenciación sexual del resto del cuerpo. Entre las 7 y las 12 semanas de gestación ya se distinguen los órganos sexuales internos. En el hombre se distingue el epidídimo, el conducto deferente, las vesículas seminales y la próstata, mientras que en la mujer se distingue el útero, la parte superior de la vagina y las trompas de Falopio. Partiendo de una situación de gónadas indiferenciadas, en el caso de los hombres el gen SRY produce el TDF y las transforma en testículos. Entonces, la producción de hormonas antimüllerianas (HAM) inhibe el crecimiento del sistema de Müller y los andrógenos (testosterona) activan y desarrollan el sistema de Wolff. En el caso de la mujer, puesto que no activa el SRY, sus gónadas se transforman en ovarios y no libera ninguna hormona sexual. Por lo tanto, nada inhibe el desarrollo del sistema de Müller, a la vez que nada activa el sistema de Wolff.
Entre las 12 y las 22 semanas se desarrollan los órganos sexuales externos (genitales). En el caso del hombre se trata del glande, el pene y el escroto, mientras que en la mujer se trata de el clítoris, la parte externa de la vagina, los labios menores y los labios mayores. Los masculinos dependen de la hormona dihidrotestosterona (DHT), mientras que los femeninos no dependen de ninguna hormona, se desarrollan por defecto.
En cuanto al dimorfismo cerebral, hay varias zonas cerebrales más grandes en un sexo que en otro. Los machos tienen más grande que las hembras el bulbo olfactorio accesorio, el núcleo del tracto olfactorio, el núcleo de la cama de la estría terminal, el núcleo medial de la amígdala, el órgano vomeronasal, el núcleo preóptico medial, el núcleo sexualmente dimorfo del área preóptica, el núcleo espinal del bulbocavernoso, el núcleo supraóptico, el núcleo ventromedial y la corteza visual. Las hembras tienen más grande que los machos el núcleo periventricular anteroventral, el locus cerúleo y el núcleo paraestriado. En humanos, los hombres tienen más grande que las mujeres el núcleo de la cama de la estría terminal, el segundo y tercer núcleo intersticial del hipotálamo anterior y el núcleo de Onuf en la médula espinal. Además, los hombres presentan una asimetría mayor en el plano temporal. Las mujeres tienen más grande que los hombres la comisura anterior, el cuerpo calloso, la masa intermedia (tálamo) y la corteza cingulada anterior.
La testosterona y sus derivados producen efectos organizadores y diferenciales. La testosterona diferencia los conductos genitales internos del macho y las características secuales secundarias del adulto. Mediante la enzima 5alpha-reductasa se convierte en DHT y diferencia los genitales externos del macho. Y por último, mediante la enzima aromatasa, se convierte en estradiol (estrógeno) y diferencia el hipotálamo del macho (dimorfismo sexual cerebral). Este proceso de transformación de testosterona a estrógeno se llama aromatización. En edad adulta, el estradiol puede actuar como factor de crecimiento, estimulando el aumento del tamaño somático y nuclear de las neuronas, modificando la cantidad de sinapsis establecidas y también la densidad de espinas dendríticas en algunas regiones del encéfalo.
