Исследования причин транссексуальности изучают формирование гендерной идентичности трансгендерных людей, в особенности транссексуалов. Трансгендерные люди имеют гендерную идентичность, которая не соответствует приписанному при рождении полу, что вызывает гендерную дисфорию. Причины транссексуальности изучались десятилетиями. Наиболее изучаемые факторы — биологические, в особенности различия в структуре мозга по отношению к биологии и сексуальной ориентации. Также были предложены факторы влияния среды.

Изучение мозга трансгендерных людей, особенно трансгендерных женщин, испытывающих влечение к женщинам (гинекофилия), и трансгендерных мужчин, испытывающих влечение к мужчинам (андрофилия), ограничены из-за малого числа испытуемых. Доступные исследования показывают, что структура мозга андрофильных транс-женщин с рано проявившейся гендерной дисфорией схожа со структурой мозга цисгендерных женщин и отличается от структуры цисгендерных мужчин. Также это исследование показывает, что андрофильные транс-женщины и гинекофильные транс-женщины с поздно проявившейся гендерной дисфорией имеют разные фенотипы мозга, и что не-диморфные области мозга гинекофильных транс-женщин отличаются от цисгендерных мужчин и женщин контрольной группы. Толщина коры головного мозга, обычно больше у цис-женщин, чем у цис-мужчин, также она может быть толще и у транс-женщин, но при этом находиться в другом месте относительно мозга цис-женщин. Исследование показывает, что гинекофильные транс-мужчины с ранней гендерной дисфорией имеют мозг, соответствующий приписанному полу, но с особым фенотипом относительно толщины коры, подкорковых структур и микроструктуры белого вещества, особенно в правом полушарии. Гормональная терапия также может влиять на структуру мозга трансгендерных людей. Она может сделать мозг транс-женщины ближе к мозгу цис-женщины; и морфологические изменения, наблюдаемые в мозге транс-мужчин, могут быть связаны с анаболическими эффектами тестостерона.

Близнецовые исследования предполагают, что существуют генетические причины развития транссексуальности, хотя конкретные гены, участвующие в этом процессе, до конца не изучены. Одно исследование показало, что 33 % однояйцевых близнецов были рождены трансгендерными, по сравнению с всего лишь 2,6 % разнояйцевых близнецов, выращенных в одной и той же семье в одно и то же время, но не сходных генетически.

Рэй Блэнчард создал типологию транссексуальности Блэнчарда, предлагающую две различных этиологии для андрофильных и гинекофильных индивидуумов и ставшей противоречивой. Её поддержали Д. Майкл Бэйли, Энн Лоуренс, Джеймс Кантор и другие, но против выступили Чарльз Аллен Мозер, Джулия Серано и Всемирная профессиональная ассоциация по здоровью трансгендерных людей (WPATH).