Orientação sexual é um padrão duradouro de atração romântica ou sexual (ou uma combinação destes) por pessoas do sexo ou gênero oposto, do mesmo sexo ou gênero, ou de ambos os sexos ou de mais de um gênero. Essas atrações são geralmente agrupadas em heterossexualidade, homossexualidade e bissexualidade, enquanto a assexualidade (a falta de atração sexual por outras pessoas) é, às vezes, identificada como a quarta categoria.

Essas categorias são aspectos da natureza mais nuançada da identidade e terminologia sexual. Por exemplo, as pessoas podem usar outros rótulos, como pansexual ou polissexual, ou nenhum. De acordo com a Associação Americana de Psicologia, a orientação sexual "também se refere ao senso de identidade de uma pessoa com base nessas atrações, comportamentos relacionados e participação em uma comunidade de outras pessoas que compartilham essas atrações". Androfilia e ginefilia são termos usados ​​na ciência comportamental para descrever a orientação sexual como alternativa a uma conceituação binária de gênero. A androfilia descreve a atração sexual pela masculinidade; ginefilia descreve a atração sexual pela feminilidade. O termo preferência sexual se sobrepõe em grande parte à orientação sexual, mas geralmente é distinguido na pesquisa psicológica. Uma pessoa que se identifica como bissexual, por exemplo, pode preferir sexualmente um sexo ao outro. A preferência sexual também pode sugerir um grau de escolha voluntária, considerando que a orientação sexual não é uma escolha.

Os cientistas não sabem a causa exata da orientação sexual, mas teorizam que ela é causada por uma complexa interação de influências genéticas, hormonais e ambientais. Embora nenhuma teoria única sobre a causa da orientação sexual tenha ganhado apoio generalizado, os cientistas favorecem as teorias de base biológica. Há consideravelmente mais evidências apoiando causas não sociais e biológicas de orientação sexual do que sociais, especialmente para homens. Não há evidências substanciais que sugiram que as experiências dos pais ou da primeira infância desempenhem um papel no que diz respeito à orientação sexual. Em todas as culturas, a maioria das pessoas é heterossexual, com uma minoria de pessoas com orientação homossexual ou bissexual. A orientação sexual de uma pessoa pode estar em qualquer lugar em um continuum, desde atração exclusiva pelo sexo oposto até atração exclusiva pelo mesmo sexo.

A orientação sexual é estudada principalmente em biologia, neurociência e psicologia (incluindo sexologia), mas também é uma área de estudo em sociologia, história (incluindo perspectivas construcionistas sociais) e direito.

De acordo com Jaqueline Jesus, doutora em Psicologia pela Universidade de Brasília, é importante ressaltar que orientação sexual e gênero "podem se comunicar, mas um aspecto não necessariamente depende ou decorre do outro. Pessoas transgênero são como as cisgênero, podem ter qualquer orientação sexual: nem todo mundo é cisgênero e/ou heterossexual".