对跨性别成因的研究调查了跨性别的性别认同形成，特别是变性人。跨性别的性别认同与其的性别指定不符，往往导致性别不安。几十年来一直在研究性别转换症的原因。研究最多的因素是生物因素。已经发现跨性别女性的某些大脑结构与顺性别女性相似或与顺性别男性相反，而跨性别男性则与顺性别男性相似，甚至在监督下的激素使用，这也可以使跨性别者的大脑变得更接近同性别的顺性别者。然而，这些研究是有限的，因为它们只有少数受试个体。在男同性恋和异性恋男性以及女同性恋和异性恋女性之间也存在大脑结构差异，这是生物学和性取向的广泛研究的一部分。研究还发现，男性向和女性向的跨性别女性的大脑功能和反应都像顺性别女性一样，与顺性别男性不同，或者介于两者之间。同样的，像Rametti这样的研究发现，无论性取向如何，跨性别男性都有类似男性的白质形态（甚至在使用激素之前）。

关于遗传因素，Hare的一项研究报告说，跨性别女性的雄激素受体基因比顺性别男性长，这种结合睾酮的效果较差，可能会阻止大脑完全男性化（产前雄激素的暴露和敏感性，或缺乏，是一种经常被引用来解释观察到的脑结构差异的理论）。Bentz的一项研究发现，跨性别男性的CYP17等位基因分布与顺性别男性一样，与顺性别女性不同。 发表在国际跨性别主义杂志上的一项双胞胎研究发现，33％的同卵双胞胎都是跨性别双胞胎，而同一家族同时抚养的非同卵双胞胎只有2.6％，而每对中不全然是跨性别，但基因不同。

环境因素也已经被提出。在大卫·利马的生殖器被意外摧毁之后，试图将其从婴儿时期开始到青春期的尝试失败被认为是对性别认同由养育决定的理论的反驳。Ray Blanchard开发了一种男性至女性性别转换症的分类学，该研究提出了两种截然不同的男性向和女性向病因，这些病因已引起极大争议。

Rearing2008年的一项研究比较了112名跨性别女性（包括男性向和女性向），大多数已经接受激素治疗，共有258名顺性别男性对照组。对于雄性激素或睾酮，跨性别女性比顺性别男性更有可能拥有更长类型的受体基因（基因的更长且重复），这降低了其结合睾酮的有效性。雄激素受体（NR3C4）通过与睾酮或二氢睾酮的结合而活化，其在男性第一性征和男性第二性征的形成中起关键作用。该研究表明，减少雄激素和雄激素信号传导有助于跨性别女性的女性性别认同。作者说，在发育过程中大脑中睾酮水平的降低可能会阻止跨性别女性的大脑完全男性化，从而导致更多的女性化大脑和女性的性别认同。

一种名为CYP17的变异基因型，其作用于性激素的孕烯醇酮和黄体酮，已被发现与跨性别男性相关，但与跨性别女性无关。最值得注意的是，跨性别男性受试者不仅更频繁地具有变异基因型，而且具有与男性对照组相当的等位基因分布，与女性对照组不同。该论文得出结论，女性特定性CYP17 T -34C等位基因分布模式的丧失与跨性别男性相关。

一些研究发现性别认同与大脑结构之间存在相关性。

在失去外部器官后，幻肢是一种常见的，通常是痛苦的经历。Ramachandran（2008）发现，虽然近三分之二的顺性别男性手术切除了阴茎后会有幻肢的现象，但是跨性别女性经历性别重置手术后只有三分之一的人会有幻肢。然而，这项研究忽略了单纯截肢及性别重置手术之间的差异。截肢时连接阴茎和大脑的神经会被切断，而性别重置手术中一些阴茎和阴囊可以再次使用以产生阴道腔，阴唇和阴蒂。在这种情况下，生殖器连接到大脑的神经会有一些保持完整的功能。三分之二的跨性别男性报告了从童年开始幻想阴茎的感觉，浮现出勃起和其他现象。

产前缺乏雄激素的接触或缺乏对其的敏感性是通常被引用来解释以下发现的理论。Schneider，Pickel和Stalla（2006）发现指长比（一种普遍接受的产前雄激素的暴露标志）与跨性别女性存在相关性。跨性别男性的指长比高于男性对照组，且与女性对照组相当。

XX性染色体患者的先天性肾上腺增生症导致产前雄激素过量暴露，导致生殖器男性化，通常具有争议的是产前激素治疗和产后外科手术干预。患有CAH的个体通常是被当女孩抚养，并且往往具有与典型女性相似的认知能力，包括空间能力，语言能力，语言侧化，手性和侵略性。研究表明，XX染色体的人患有CAH更容易被同性吸引，其中至少有5.2％的人会出现严重的性别不安。

在具有5-alpha-reductase deficiency的雄性中，睾酮往二氢睾酮的转化被破坏，从而减少了生殖器的男性化。患有这种病症的个体通常性征较接近女性而被当女孩抚养。然而，超过一半的男性患有这种疾病，之后以男性角色生活。科学家们推测，青春期男性特征的定义以及较高的男性社会地位是他们从女性转换到男性的两种可能动机。

多年来，精神病学家和性学家David Oliver Cauldwell和Harry Benjamin等人认为性别转换症是一种由心理和环境因素与人格冲突引起的心理和情绪障碍。在大卫·利马的生殖器被意外摧毁之后，试图将其从婴儿时期开始到青春期的尝试失败被引用来反驳这一理论，即性别认同是由养育子女的方式决定的。然而，没有研究能够大规模地证明这一点，部分原因是学者普遍认为利马的研究方法是不道德的。利马的案例被北美双性人协会等组织用来警告反对不必要地修改未成年人的生殖器。

2015年，美国儿科学会发布了关于性别，性别认同，性别表达，跨性别等的网络研讨会系列。在第一讲中，Sherer博士解释说，父母的影响（通过惩罚和行为奖励）可以影响性别表达，但不影响性别认同。她引用史密森尼的一篇文章，展示了一位3岁的富兰克林·罗斯福总统的穿着连衣裙、长发的照片。直到1940年，6岁以下的儿童穿着性别中性服装，由白色连衣裙组成。1927年，时代杂志印制了一张图表，显示适合性别的颜色，其中包括粉红色的男孩和蓝色的女孩。Sherer博士认为，孩子们会修改他们的性别表达，以寻求父母和社会的奖励，但这不会影响他们的性别认同（他们内在的自我意识）。