Cơ chế tự nhiên trong đó một cá thể của loài phân tính trở thành con đực hoặc cái hay lưỡng tính được gọi là xác định giới tính. Có hai phương thức xác định giới tính chủ yếu, giới tính được xác định lúc thụ tinh bằng sự tổ hợp của các gen mà hợp tử nhận được gọi là xác định giới tính do kiểu gen và xác định giới tính do môi trường .
Ở hầu hết các sinh vật, giới tính được xác định bằng sự sai khác NST và của các gen trên chúng.
- Các thể đực dị giao tử (Kiểu XX-XY và XX-XO): Nhiều loài gồm người và các động vật có vú khác có cơ chế xác định giới tính XX-XY. Ở các sinh vật này các NST thường giống nhau ở các cá thể đực và cái, nhưng con đực có cặp NST giới tính XY còn ở con cái là XX. Các con đực khi tạo thành giao tử thì một nửa mang NST X và một nửa mang NST Y nên được gọi là giới tính dị giao tử. Giới tính cái khi tạo thành giao tử chỉ có một loại duy nhất nên gọi là giới tính đồng giao tử.
Hầu như ở tất cả các động vật có vú, sự có mặt của một NST Y cần thiết cho sự phát triển của kiểu hình giống đực. Chẳng hạn người mắc hội chứng Turner (45,X) đều là nữ; những người mắc hội chứng Klinefelter (47,XXY; 48, XXXY) đều là nam mặc dù họ chứa nhiều hơn một chiếc NST X. Điều đó chứng tỏ NST Y có chứa gen xác định giới tính đực. Ngày nay, người ta biết rõ rằng đó chính là nhân tố xác định tinh hoàn nằm trên vai ngắn NST Y. Sinclair và cộng sự (1990) gọi nó là vùng xác định giới tính của Y, gen SRY.
Cào cào, châu chấu, gián và một số loại côn trùng có kiểu xác định giới tính XX-XO. Con cái chứa 2 NST XX, còn con đực chỉ chứa một NST X, nên viết là XO. Kiểu này cũng tương tự XX-XY, chỉ khác ở chỗ con đực dị giao tử tạo thành 2 loại giao tử: 1 loại mang X, còn loại kia không có X.
- Cá thể cái dị giao tử (Kiểu ZZ-ZW): Ở chim, một số loài cá và một số côn trùng gồm
cả bướm, con cái có giới tính dị giao tử (ZW). Để tránh sự nhầm lẫn khi kí hiệu, các NST giới tính của các loài này được dùng chữ Z và W. Các chim trống là ZZ, còn các chim mái là ZW.