Nelle specie dioiche talvolta gli individui di sesso maschile e femminile si distinguono anatomicamente soltanto per la presenza di testicoli o di ovari e dei relativi gonodotti (caratteri sessauli primari), senza presentare altre differenze morfologiche.

È questa, ad esempio, la condizione degli Echinodermi, di molti Gasteropodi e Bivalvi gonocorici, di molti pesci, ecc.

Altre volte invece gli individui di sesso diverso appaiono di aspetto differente; presentano cioè il così detto dimorfismo sessuale, che può consistere in differenze di grandezza, di colorazione, di forma, nella presenza di organi e di strutture particolari.

Tutti quei caratteri sessuali differenziali, che non concernono l'apparato riproduttore in sé stesso, vengono denominati caratteri sessuali secondari. Sono tali le diverse colorazioni delle ali di molte farfalle, le differenze del piumaggio di molti Uccelli, le creste e i bargigli dei maschi dei Gallinacei, le corna presenti nei soli maschi di alcuni Ungulati (cervi), il diverso sviluppo pilifero nell'uomo, ecc. Talvolta il dimorfismo sessuale può essere molto rilevante, tanto da far erroneamente attribuire a specie diverse gli individui dei due sessi.

Si hanno così esempi di cospicuo dimorfismo sessuale in alcuni Insetti (farfalle, cocciniglie) nei quali i maschi sono alati, le femmine attere neoteniche, mentre altre volte (Blastophaga) sono invece atteri i maschi, alate le femmine. Classico esempio di dimorfismo molto accentuato è quello dell'echiuride Bonellia viridis, il cui maschio neotenico molto piccolo vive parassita sulla proboscide della femmina. Fra i Vertebrati è molto forte il dimorfismo sessuale dei Ceratioidei (Teleostei), i cui maschi nani aderiscono e si saldano su appendici cutanee della femmina. Caratteristico è poi il fenomeno dei così detti maschi complementari, neotenici parassiti, che compaiono in alcune specie ermafrodite di Cirripedi.

Talvolta anche individui dello stesso sesso possono presentare aspetti morfologici diversi: si ha allora il così detto polimorfismo sessuale, che può essere una peciloginia o una pecilandria a seconda se si hanno differenti forme di femmine o di maschi. Particolarmente evidente è il polimorfìsmo negli Insetti sociali (api, vespe, formiche, termiti), che accanto a femmine e maschi fecondi (regine e rè) presentano degli individui sterili o neutri (operaie, soldati).

Elemento caratterizzante la livrea di moltissime specie, soprattutto nei pesci e negli uccelli, il dimorfismo sessuale ha come obiettivo la differenziazione delle livree maschili e femminili. La livrea maschile diventa strumento di seduzione e pertanto deve accattivarsi le attenzioni della femmina [a sin. dimorfismo sessuale nei "Diamanti di Gould"]

L' evoluzione ha dotato i maschi di pinne, penne o piume dalle forme più svariate e dai colori più accesi: una livrea in buone condizioni comunica alla femmina un buon pacchetto genetico da tramandare ai figli e quindi maggiori possibilità di sopravvivenza della specie.

La Nectarinia johnstoni (Nettarinia malachite di Johnston, Scarlet-tufted malachite sunbird) è un uccello tropicale caratterizzato da uno spiccato dimorfismo sessuale: i maschi, lunghi 25-30 cm, hanno piume brillanti di colore verde iridescente, con piume centrali della coda nere e allungate; hanno inoltre due ciuffi di piume rosse ornamentali alla base delle due ali. Le femmine sono molto più piccole, 14-15 cm, e dai colori meno appariscenti.

Nectarinia johnstoni possiede un lungo becco sottile e curvo e una lingua tubulare appuntita; entrambe queste caratteristiche sono espressione di adattamento alla abitudine di nutrirsi del nettare delle piante, librandosi nell'aria come il colibrì ed immergendo nelle corolle il lungo becco. Durante questa operazione riescono a rimanere sospesi nell'aria quasi immobili grazie a un rapidissimo movimento delle ali.