Come dimostrato da esperimenti effettuati su modelli animali, il processo di differenziazione sessuale non si limita allo sviluppo dei genitali, ma riguarda anche strutture del sistema nervoso centrale che regolano i comportamenti sessuali. Poiché la differenziazione dei genitali si verifica nei primi due mesi di vita intrauterina, mentre quella del sistema nervoso centrale inizia nella seconda metà della gravidanza e diventa manifesta nella vita adulta, è stato ipotizzato che nei soggetti con disforia di genere questi due processi avvengano in maniera non coerente fra loro. A riguardo è stata suggerita l'importanza degli ormoni sessuali maschili prenatali, in particolare del testosterone, nello sviluppo dell'identità di genere maschile. Infatti, alcuni studi hanno evidenziato che bassi livelli di testosterone in feti di sesso biologico maschile si possono associare ad un'aumentata incidenza di disforia di genere. Inoltre, una ridotta sensibilità al testosterone e, quindi, un funzionamento difettoso di questo ormone sono stati evidenziati in persone MtF.