从生物学角度理解出生性别和身份性别之间的差异仍然很困难。近年来，功能磁共振成像（fMRI）和其他技术已经开始为性别焦虑症的生物学基础提供线索。特别是，研究人员正在确定变性人和变性人在大脑结构和功能方面的异同，这有助于解释为什么一个人认为自己的性别和出生性别不匹配。变性是一个与变性相对的词。指出生时性别认同和表达与生理性别一致的人。阿姆斯特丹自由大学医学中心的鲍德维杰克瑞克尔斯一直在研究性别不一致问题。她指出，这种鉴定结果可能对性别焦虑症的诊断和治疗没有太大影响。“很重要的一点是，不要将这种研究视为‘大脑中的视觉（性别焦虑障碍），这是真的’。”然而，这种研究的洞察力可以极大地帮助一些变性人理解他们处境的根本原因。通过测量大脑来发现身份性别和出生性别之间的差异是否能反映出来总是一件好事。基于性别焦虑症的一个引人注目的假设是，在子宫中，生殖器的性别分化与大脑的性别分化是分离的，这使得身体和大脑有可能转向两个不同的方向。这一观点的出发点是性别本身的概念——也就是说，一个人对自己属于什么样的人的感觉，而不是生理性别——是在子宫中确定的。这不是科学界的共识。直到20世纪80年代，许多研究人员还认为，我们教孩子的社会规范决定了女孩和男孩之间的行为差异。也许这一观点最著名的倡导者是心理学家约翰·莫尼，他甚至认为患有先天性阴茎畸形的男孩或在手术事故中失去阴茎的男孩在手术和激素治疗后可以成功成长为女性。然而，在至少一个关于金钱的案例中，这种方法产生了戏剧性的反应：主角在十几岁时回到了男性生活，后来自杀了。现在，大脑中的性别差异已经得到了很好的记录。尽管关于这些差异在多大程度上是由生物因素或社会因素造成的仍存在激烈的争论，但这两组研究的结果支持了发展不匹配的观点。动物研究表明，生殖器和大脑在子宫发育的不同阶段具有雄性或雌性特征，这就提供了激素波动或其他因素可能使这些器官处于不同轨道的可能性。人类研究发现，在某些大脑区域，变性人的大脑与同性变性人的大脑之间的相似性要高于出生时同性人的大脑之间的相似性。荷兰神经科学研究所的迪克·斯瓦布是性别认同方面的神经科学先驱。在20世纪90年代中期，他的研究团队对六名晚期变性女性的大脑进行了研究。据报道，与变性男性相比，变性女性终纹床核中央亚区的大小更接近变性男性。这个亚区是已知的性行为类型II区，对前脑的性行为很重要。随后的大脑解剖研究还发现，变性女性在该区域的某些神经元数量上更接近相应的变性女性。这些差异似乎不受成年期内源性激素波动或激素治疗的影响。在2008年发表的另一项研究中，swaab和一名合作者测量了inah3亚核的死后体积，该亚核是下丘脑中与性取向相关的区域。他们发现，无论是与变性人还是变性女性相比，变性男性的这一区域都是女性的两倍。
不仅仅是大脑结构使变性人与同性之间的联系更加紧密。由自由大学医学中心和阿姆斯特丹荷兰神经科学研究所的朱莉·巴克领导的一项研究考察了空间推理任务中的神经活动。结果表明，变性人与相应的变性人在功能上有明显的相似性。先前的研究表明，这项任务涉及男性和女性的不同大脑区域。Bakker及其同事发现，变性男孩（不接触睾酮，但受到女性青春期激素的抑制）和顺性男孩的额叶激活率低于顺性女孩。其他研究已经确定了变性人的大脑特征，介于两性的典型特征之间，发展错配假说的支持者通常认为这是对他们观点的支持。例如，2014年，维也纳医科大学的神经科学家Georg Kranz利用磁共振扩散数据研究了变性人和变性人之间大脑白质微观结构的差异。一种被称为平均扩散率的神经特征测量方法在独联体女性中最高，在独联体男性中最低，在跨性别男性和跨性别女性之间最低，尽管研究人员并不完全了解平均扩散率的生理学表现。克兰兹说：“似乎这些变性群体处于中间阶段。”他补充说，控制个体激素水平并没有改变两组之间的差异，这使作者相信，白质的微观结构是由出生前和出生后不久的激素环境决定的，尽管不能排除以后的生活经历也可能起作用。“所有可用的证据都指向生物学上确定的身份，”克兰兹说。“在变性人中，你会说睾酮环境在身体和大脑发育过程中不匹配，因此身体是男性的，大脑是女性的，反之亦然。”然而，性别认同不太可能有如此直接的生物学解释，一些研究已经确定了变性人的大脑特征，这似乎更接近出生性别，这对发育不匹配假说提出了质疑。荷兰神经科学研究所（Dutch Institute of neuroscience）2015年的一项研究比较了同一年龄组55名男女变性青少年和38名男女变性青少年的灰质分布。研究发现，变性人和同一性别的变性人的下丘脑和小脑非常相似，但在特定区域存在一些差异。2013年一项关于皮质厚度的研究也得出了好坏参半的结果，表明女性的皮质厚度往往略高于男性。这项研究由西班牙国立远程教育大学的神经科学家Antonio guillamon领导。研究人员分析了94名受试者的MRI结果，发现变性女性和变性男性的皮质总厚度更接近变性女性。但这一发现并不适用于整个大脑：在一个称为右壳核的前脑结构中，变性男性的皮质厚度更接近变性男性，而变性女性和变性女性对照之间没有显著差异。“我们发现，在一些大脑区域，独联体女性、男女变性者和男女变性者的大脑皮层比独联体男性的大脑皮层厚，但不是同一个大脑区域。”在2016年的一篇综述文章中，吉拉蒙假设独联体女性、跨性别女性的大脑，跨性别男性和顺性别男性可能有不同的表型。“大脑皮层对性别至关重要。”
在另一项关于发育不匹配假说的研究中，德国亚琛技术大学的研究人员测试了CIS和变性女性如何区分男性和女性的声音。研究小组发现，在某些方面，比如大脑中被称为右额上回的区域，变性女性和变性女性的活动相似，而变性男性则更活跃，这可能反映出他们在这项任务上做出了更大的认知努力。然而，尽管变性妇女和变性妇女的激活水平相似，但变性妇女在识别男性和女性声音方面表现同样出色，而变性妇女更可能识别异性的声音。kreukels说：“总的来说，我们发现变性人在某些标准上确实与具有相同性别身份的人有相似之处，但并非所有标准都如此。”。研究人员“仍在试图解决”大脑中的相同点和不同点。Kreukels说，即使产前环境可以将身体和大脑推向不同的方向，这也可能只是性别焦虑的一个方面。她解释说，总体情况可能是“生物、心理和社会因素的组合，因为我们真的认为这是所有这些因素之间的复杂相互作用，到目前为止，研究还没有给出解决方案。”瑞典卡罗琳斯卡学院的神经科学家伊万卡·萨维奇说，也怀疑发展错配假说的解释力。她说：“变性并不是由大脑性别和身体性别的差异造成的。”。2011年，萨维奇和他的同事发现变性女性的丘脑和壳核的大脑区域比变性女性小，但整体灰质体积更大。她指出，在以前的研究中，这些大脑区域已被证明用于“调节身体感知”。例如，在磁共振成像研究中，受试者展示了自己和他人的照片，“焦虑的人对自己的身体不满意，每天早上都会感觉‘这个身体是我的，但不是我的’”。在后续工作中，萨维奇的团队开始探索大脑的神经网络。正如功能磁共振成像所揭示的，他们发现“在变性人中，自我调节网络和调节身体的网络之间的联系较弱。”具体来说，当观察他们自己的图像时，变性人前扣带之间的联系较少，后扣带回和楔前叶比变性人多。然而，当图像变形为更男性化时，前扣带和其他两个区域之间的连接会增强。比利时根特大学的心理学家斯文·穆勒（Sven Muller）说，他在解释观察到的各组之间的差异时遇到了困难。一个困难是，不清楚这些差异是何时发生的，以及为什么发生的；报告的相关性可能无法反映因果关系。至于性别不一致在多大程度上是由生物学原因造成的，他说，“我认为还没有确定。”成年后大脑具有高度可塑性。“因此，变性人和变性人之间的差异从出生时起就可能存在，也可能不存在。”他指出。此外，科学家在寻找对性别焦虑症的生物学理解方面面临着组织上的挑战。通常很难招募足够多的变性人进行高水平的统计研究。然而，一些研究人员搜索者正试图解决这个问题。例如，2017年，enigma consortium成立了一个新的变性工作组，致力于促进研究人员之间的网络和信息共享。该协会最初的重点是检测基因对大脑结构和功能的中度影响。Lea戴维斯是范德比尔特大学的遗传学家，他正在组织一项尚未获得资助的工作，对数千名变性人和异性恋者的基因组进行排序和分析，以找到与性别认同有关的变体。除了性别认同之外，除了根本原因的巨大神秘性之外，这一领域的研究人员还有许多悬而未决的问题例如，对于那些改变为与出生时定义不同的二元性别的人，“我们仍然不知道男性对女性和女性对男性是否真的是相同的现象，或者。。。男性和女性都有相似的结果，但背后的机制不同。亚琛理工大学的研究生Elke Smith说他写了一篇关于变性人大脑的评论。Kreukels认为其他悬而未决的问题包括不同性取向的变性人的大脑是如何不同的，那些在生命早期表现出性别焦虑的人和那些在青春期或成年后才开始感到焦虑的人之间有什么区别萨维奇还补充了一个未解决的翻译，即，变性人和变性人在激素治疗后的大脑差异是否仍然存在。吉拉蒙认为，更多的研究不仅可以进一步阐明性别焦虑的基础，还可以进一步阐明性别本身的基础，这远远超出了我们所认识的代词。“从系统发育和进化的角度来看，了解一个人是男性还是女性以及与谁交配是很重要的。这是生物学和人类生物学的核心观点之一。”萨维奇说，她希望跨性别研究的结果将有助于降低性别认同的难度。“这只是生物学的一部分，就像我的头发是黑色的，有些人的头发是红色的。”目前，就像人类经验的许多方面一样，性别背后的神经机制在很大程度上仍然是个谜。尽管研究人员已经记录了变性人和变性人的大脑之间的一些差异，但是关于性别的确切神经信号还没有被发现，而且可能永远也找不到。但是有了神经成像、基因组学和其他工具，研究人员一定会对身份的这一基本方面有更多的了解。