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提示：此条目的主题不是浪漫取向。性取向（英语：sexual orientation），或称性倾向，是指人们认为异性、同性或两性具有浪漫或性吸引力的恒久特定模式。通常，性取向可分为异性恋、同性恋、双性恋三类[1][2][3]，而无性恋（认为两性均无性吸引力）则有时被视作性取向的第四类别[4][5]。
此外在考虑性向认同及语意的情况下，上述分类还可再作延伸[3]。人们会用到其他标签来形容自己的性取向，譬如泛性恋、多性恋[3][6]、“没有标签能代表自身”[1]。美国心理学会表示，性取向也指“一种身份意识，一种基于这些吸引力、相关行为、及身为这些相关社群一员而形成的身份意识”[1][7] 。在行为科学中，研究者为了抵制性别二元的概念，也会用到恋男向与恋女向去形容特定的性取向。恋男向是指认为男性的气质具有性吸引力；恋女向则指认为女性的气质具有性吸引力[8]。性偏好一词的定义范围跟性取向有着很大重叠，不过在心理学研究上两者一般不会视作同义[9]。自我认定为双性恋者的人可能会认为某种性别较具吸引力[10]。性偏好一词可能在喑指性取向是一种自愿的选择[9][11][12]——这跟科学共识相违[13][14][15]。
目前科学界尚未就性取向的形成原因找到确切答案，不过他们相信其形成受到基因、激素和环境等因素的影响[13][15][16]。 尽管目前没有一套有关性取向成因的理论得到科学界广泛支持，但他们仍偏向支持有生物性基础的理论[13]。与社会性因子相比，生物性因子得到更多的证据支持，对于男性的情况而言更是如此[17][18][19]。目前没有实质性证据表明早期童年经历或抚养方式能影响一个人的性取向[20]。不论文化背景如何，社会上大多数人都是异性恋者，少数人则具有同性恋或双性恋取向[17][18]:8[19]:9-10。性取向是个连续体，人们可处于绝对异性恋到绝对同性恋之间的任何一点[1]。
性取向是生物学、神经科学、心理学、性学的研究重心之一，但社会学、历史学（包括从社会建构主义角度出发的研究）、法学也会把其列为研究对象[21]。
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性取向在传统上可分为异性恋、同性恋、双性恋三类，而一些研究者把无性恋（认为两性均无性吸引力，或只有少量性吸引力）视作性取向的第四类别[4][5]。它可能会被视为缺乏性取向[22]。研究者之间尚对“无性恋是否一种性取向”这道问题存有争议[4][5]。
大多数有关性取向的定义都会考虑人的心理状态，比如某人在情欲上的偏向；该些定义亦可能会考虑行为状态，比如聚焦于性伴侣的性别。一些人偏向于将其视为人们的自我定义或身份认同。科学界和专业界别把它理解为“使成人性取向得以形成的核心吸引力，其通常会在童年中期至青少年早期期间显现”[1]。性取向与性认同不同——前者会考虑到与他人的关系，后者则是一种自我概念。
美国心理学会表示：“性取向是指一个人对异性、同性或两性产生的持久情感，喜爱、爱情或性吸引的现象。世界各地的文化都描述过这些不同的性倾向。许多文化都使用特定的词汇去标签这些性倾向。在美国，最常见的标签是lesbians女同性恋者（被女性吸引的女性），gay men男同性恋者（被男性吸引的男性）及bisexual people双性恋者（被两性吸引的男性或女性）。然而，在日常生活中，有些人也可能使用不同的标签，或者根本不用任何标签”。他们进一步表示性取向“和性别是不同的概念，性别包括生理性别（与男性或女性相关的生理及遗传特征），性别认同（认同自己身为男性或女性的心理意识），及社会性别角色（界定女性和男性行为的文化规范）” [1]。
性认同和性行为跟性取向有着密切关系，但它们不能混为一谈。性认同指的是一种自我概念；性行为指的是人们所从事的行为；性取向指的是“幻想、眷恋、渴望”[23]。人们可能会，亦可能不会以行为表达自身的性取向[1]。具有非异性恋取向的人可能不会在身份认同上表达这种取向——这种情况有时会被称为“躲在柜里”。不过此一用语亦可能表达了某种特定的文化背景，或社会正处于过渡期——当中人们正逐步处理跟性少数融入社会有关的议题。科学家在研究被性吸引的对象、行为、认同是否匹配时，一般都会以一致或不一致这些用语去形容某种状态。因此，若某名女性认为其他女性具有性吸引力，但却自我认定为异性恋者，并只与男性发生性关系，那么就可形容她的性取向跟性认同及行为不一致[24]。
性认同亦可形容人们对于自身性别的感知。性偏好一词的意思类近于性取向，而且人们经常将两者交替使用，但美国心理学会表示“性偏好”一词喑示了其是一种自愿选择[9]。美国心理学会的男同性恋者与女同性恋者相关事宜委员会（Committee on Gay and Lesbian Concerns）把此一用语放在“提倡异性恋偏见”的用语列表当中[9]。以性取向一词取代性偏好的做法可追溯到性学家约翰·曼尼，他同时认为有关吸引力不一定是自愿选择的[25]。
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在行为科学上，研究者会用到恋男向和恋女向这两个用语，以之形容某种性取向，并取代异性恋和同性恋等概念。它们用于在不考虑主体的性别指定或性别认同的情况下，识别主体认为有吸引力的客体。其他相关用语有多性恋、泛性恋——它们都不会考虑主体的性别指定或性别认同[6][26]。人们亦可能用到酷儿、“pansensual”、多角忠贞（polyfidelity）、“ambisexual”等用语、抑或像“byke”、“biphilic”般的自定义身份[6]。
在描述非西方文化者、双性人、跨性别者时，使用恋男向和恋女向等用语可避免困惑和冒犯。精神病学家阿尼尔·阿格劳尔对此解释道[27]：
……需要克服在确定跨性别男性和跨性别女性的性取向时所面对的挑战。比方说，很难去确定认为男性具有吸引力的跨性别男性是女异性恋者，还是男同性恋者；或认为女性具有吸引力的跨性别女性是男异性恋者，还是女同性恋者。分类者在尝试把他们分门别类时，可能会感到困惑，甚至冒犯到当事人。因此在这种情况下，最好不要聚焦于主体的性别，反应聚焦于其认为有吸引力的客体。
性学家弥尔顿·黛蒙德写道：“异性恋、双性恋、同性恋这些用语最好不要当作名词使用，反应把它们视作形容词；此外，最好不把它们套用在人上，反应套用在行为上。这种用法在探讨变性人或双性人的伴侣时特别有用。与以往的那些用语相比，社会也没有为这些新用语赋予特定价值”[28]。
一些研究者提倡以这些用语去避免西方性文化的偏见。社会学家约翰娜·施密特（Johanna Schmidt）在探讨萨摩亚的Fa'afafine人口时写道，在承认第三性别的文化中，像“同性恋变性人”（homosexual transsexual）般的字词并不能够配上当地分类[29]。
一些非裔美国人会采用“同社会性别恋”（Same gender loving）这个字词去表示文化肯定的同性恋认同[30]。
像布鲁斯·巴基米尔般的研究者批评为跨性别者打上同性恋或异性恋标籖的做法，他写道：“……在这些用法中，‘异性恋’或‘同性恋’取向的参考点仅仅是重新指定前的遗传性别（比如Blanchard et al. 1987, Coleman and Bockting, 1988, Blanchard, 1989）。因此，这些标籖忽视了性别认同高于生理性别[的正确权重]，并优先考虑生理性别”。巴基米尔继表示，这种用法使得人们更易宣称变性者实为男同性恋者，以此逃避有关污名[31]。
研究者亦提出了认为具有女性性别表达的出生男性拥有性吸引力的用语，比方说恋跨性别女性癖（gynandromorphophilia/gynandromorphophilic）[32][33][34]。
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早期就性取向进行书写的著者一般会把之跟性别挂勾。比方说，他们会假定若身体为女性者认为其他身为女性者具吸引力，那么前者就一定具男性气质，反之亦然[35]。很多19世纪中至20世纪早叶的理论家都这样认为——这包括卡尔·亨利希·乌尔利克斯、理查德·克拉夫特·埃宾、马格努斯·赫希菲尔德、哈维洛克·艾利斯、卡尔·荣格、西格蒙德·弗洛伊德。不过此一理解在当时就已经备受争议。到了20世纪下半叶，研究者开始视性别认同为一种跟性取向不同的现象。跨性别和顺性别者可能认为男性具吸引力，亦可能会认为女性具吸引力，此外也有人认为两者皆具吸引力，不过两个群组的性取向人口比例有着不少差异。同性恋者、双性恋者、异性恋者可能会偏向男性性格、女性性格，抑或具有双性性格。当今很多同性恋者及他们的支持者将“性别常规异性恋者”及“非性别常规同性恋者”视为负面的刻板印象。不过J.迈克尔·贝利和肯尼斯·舒格的硏究显示，很多男同性恋者和女同性恋者样本于童年时经历过某种程度的性别不确定[36]。
当今的跨性别者会按着性别认同去认定自身的性取向：只认为女性拥有吸引力的跨性别女性会认定为女同性恋者。只认为女性拥有吸引力的跨性别男性会认定为异性恋者。
性取向的分类会在考虑到非二元性别（双性人、跨性别、第三性别等等）时变得复杂起来。社会学家保拉·罗德里格斯·拉斯特（2000）认为性取向的定义应考虑到更多面向：
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同性恋者可能为了各种各样的原因，而跟异性发生性关系，比如想建立传统家庭、担心受到歧视和宗教放逐[38][39][40][41][42]。一些LGBT人士会对其配偶隐瞒自身的性取向；而另一些人则在维持一段美好的异性婚姻的同时，发展出积极的同性恋认同[43][44][45]。向异性配偶和子女出柜可能会带来一些没异性配偶或子女者不会面对的挑战[46]。
性取向与性向认同在很多时候不会加以区分，而这点可以影响研究者能否准确评估当事人的性向认同，以及性取向能否改变；性向认同可以在人的一生中出现变化，而其可符合，亦可不符合当事人的生物性别、性行为、实际的性取向[47][48][24]。性取向则为恒定的，绝大多数人的性取向不会出现任何变化 。不过仍有研究显示一些人的性取向确会出现改变，女性比男性更容易出现这种情况[49]。美国心理学会把性取向（认为特定性别具有恒久的吸引力）和性向认同（在某人一生中可出现变化）区分开来[50]。
人们发展出某种特定性取向的实际原因尚是不明。迄今为止，已有很多研究去确定基因、激素活动、发育动力、社会文化会否影响人的性取向——这让很多研究者认为生物和环境因子在其形成过程中扮演了相当复杂的角色[13][14][15]。同性恋在过去一度认为是因心理发展不健全所致——比如过去不少人认为童年的性虐待经验会使人发展出同性恋取向。此一说法主要建基于偏见和错误资讯之上[1][2]。
目前研究已发现好几种生物性因子可能跟性取向的发展有关——这包括基因、产前激素、脑部结构。硏究者尚未发现性取向形成的主因；他们亦不断进行大大小小的研究，以望为这道问题找到答案[51]。
尽管大多研究者相信性取向的形成并不只取决于单一因子，而是基因、激素、环境的共同作用所促成[13][15][16]，但他们仍偏向支持有生物性基础（比如基因、宫内环境）的理论[13][15][20]。与社会性因子相比，生物性因子得到更多的证据支持，对于男性的情况而言更是如此[17]。科学家并不认为它是一种选择[13][14][15]，他们有一些甚至认为性取向在受孕时便已成定局[52]。目前的科学调查大多都聚焦于在生物层面上找出特定性取向的成因[13]。科学研究已发现同性恋者与异性恋者的生物结构有着不少统计上的差异[53]。
基因可能跟性取向的发展有关。尽管2001年的一项双生子研究显示，基因并不是性取向的主要成因[51]，但另一项于2010年发表的双生子研究则显示，同性恋取向的形成跟基因和环境两者有关[54]。不过现存双生子研究的设计使得研究者难以对结果下一个准确的解释。
2012年，几个独立研究小组为男性性取向进行了一项大型而又全面的全基因组关联分析[55]。结果发现同性恋跟染色体Xq28和8号染色体近着丝点上的基因有着显著关系。著者们总结道：“我们的研究结果如同前人的般，同样显示这些区域的遗传变异在男性性取向这一重要心理特征的发展上，扮演着一定角色”。它是迄今为止最大型的同性恋基因关联研究[56]。
激素理论认为，激素会影响胎儿长大成人后的性取向，其机制就像接触某些激素会影响胎儿的性别分化般。其支持者可分为两大派——一派认为人在胎内接触的激素为其日后形成某种性取向的主因，另一派则认为它需跟基因、环境社会条件配合，才能使人显现出某种特定性取向[57]。
在大多情况下，人类女性会拥有两条X染色体，男性则拥有X/Y染色体各一条。人类胎儿预设向女性方向发展，而Y染色体则会诱导胎儿向男性方向发展。此一分化过程主要由像睾酮和双氢睾酮般的雄激素所主导。于胎儿体内形成的睾丸会分泌雄激素，进一步推动性别分化；此一过程亦会影响胎儿的脑部发展。整个过程最终使得男女在身体构造上存有差异[58]。一些科学家会以各种方式控制哺乳类动物在胎内或早年时所接触的雄激素总量，借此研究雄激素对实验动物的影响[59]。
大量研究表明，男性发展出同性恋倾向的可能性跟亲兄的数量成正比，此一现象称为“出生顺序”效应。科学家们把产前生物机制视为此一现象的成因。他们更把探讨焦点落在“对男性胎儿的母体免疫反应”上，因为这种效应只存于有亲兄的男性当中。这个称为“母体免疫假说”的过程会在男性胎儿的细胞进入母体血液循环时开始。该些细胞携有Y蛋白（Y-proteins），该些蛋白质在胎儿的脑部男性化当中扮演着一定角色。母体的免疫系统会产生对抗Y蛋白的抗体。该些抗体及后会向男性胎儿释出，令其男性化过程受干扰。最终使得脑部中负责性取向的区域向“预设”方向（女性）发展，继令受影响的男性更偏好于男性。研究者在2017年发现了支持此一假说的生物化学证据——与儿子为异性恋者的母亲相比，儿子为同性恋者的母亲具有显著较高水平的NLGN4Y（Y蛋白），此一情况在生下了多名儿子的母亲当中尤其突出[60][61]。
在连续怀上男婴的情况下，此一效应会变得更为显著。这会使下一个儿子是同性恋的机会增加38-48%。不过，这并不意味着在产下几个男婴后，再产下的男婴很大机会是同性恋。反之，在产下首胎时，日后产下男同性恋者的机会会增加至2%，第二胎为4%，第三胎则为6%，如此类推[60][62]。 科学家估计，15%至29%的男同性恋个案可以归因于此一效应，但这个数字可能更高，因为他们的母亲可能曾在之前流产，或曾经终止怀孕——这些都可能使得其母亲接触过跟Y蛋白有关的抗原。出生顺序效应并不适用于首胎婴儿发展成为同性恋者的情况；科学家们表示，他们的性取向可归因于基因、产前激素、其他母体免疫反应——这些免疫反应也会影响脑部发育[61]。如果当事男子是左撇子，那么此一效果就不会适用于其身上[63]。雷·布兰查德和安东尼·博格特在20世纪90年代发现了这一效应，布兰查德将其描述为“性取向研究中……的可靠流行学变量”[64][65]。J.迈克尔·贝利和雅克·巴尔萨扎特表示，性取向如同出生顺序效应所显示的般，在很大程度上受到产前生物机制的影响，而不是社会化过程中的某些不明朗因素[66][67]。
在遗传学当中，任何与基因无关的因子都可归类为“环境影响”。然而，“环境影响”并不等同于社会环境对性取向发展的影响。许多跟社会环境和基因无关的生物性因子可以视作环境影响的一部分。比方说，产前发育有可能对性取向的形成有所影响[17]:76。目前没有实质性证据表明早期童年经历、抚养方式、性虐待、生活事件会影响人的性取向。产后社会环境对性取向影响的假设十分薄弱，对于男性的情况而言更是如此[17]。家长的态度可能会影响孩童会否公开表达自己的性取向[1][13][20][68][69]。
尽管发展出某种性取向的原因尚是未明，但现有文献和大多处于相关领域的学者都不把性取向视作一项选择：人们并不能够选择成为异性恋者或同性恋者。研究者已提出各种有关性取向成因的理论。性取向很有可能不是某个特定因素所引致，它较有可能是一系列因素的共同作用所促成，包括基因、激素、环境。在近几十年来，专家们偏向支持有生物性基础的理论。尽管人类各种性取向的起源尚留有争议和不确定性，但并没有科学证据显示不正常的抚养方式、性虐待等生活事件会影响性取向。现有知识显示，性取向通常在童年早期期间确立。
美国心理学会、美国精神医学学会、国家社会工作者学会在2006年表示[7]：
目前，科学界对于促使某人成为异性恋者、同性恋者、双性恋者的特定因子尚没有共识——这包括家长的性取向对于下一代的潜在生物性、心理性、社会性影响。不过现有证据显示，绝大多数拥有男同性恋和女同性恋取向的成年人，都是由异性恋家长抚养成人；绝大多数由男同性恋和女同性恋家长抚养的孩童，最终会长大成为异性恋者。
英国皇家精神科医学院在2007年表示[20]：
尽管经过了近一个世纪的精神分析和心理学推测，但还是没有实质性的证据支持抚养方式或童年经历会使得孩童形成异性恋或同性恋取向。看来，性取向在本质上是生物性的，是由遗传因子与早期宫内环境的相互影响决定的。因此性取向不是一项选择，不过性行为却明显是个选择。
美国精神医学会在2011年表示[2]：
没有人知道异性恋、同性恋、双性恋的形成原因。同性恋曾一度视作因恶劣的家庭互动或心理发展而形成。此一说法主要建基于偏见和错误资讯之上。
2007年9月26日，一份代表美国心理学会、加州心理学会、美国精神医学会、国家社会工作者学会、国家社会工作者学会加州分部的法律简报指出[7]：
尽管许多研究已经探讨了遗传、激素、社会、文化对于性取向的潜在影响，但目前的结果尚不能使得科学家得出性取向（异性恋、同性恋、双性恋）是“由某项/某些因素决定”的结论。根据法院之友的评估，尽管当中一些研究有助促进对性取向发展的了解，但这不足以让人就性取向的形成原因得出严谨的科学结论。不论是同性恋也好，双性恋也好，还是异性恋也好，结论也是如此。
改变性取向的尝试是指旨在将同性恋取向改变的方法。实施者可能会以行为技术、认知行为疗法、修复疗法、精神分析等各种医学、宗教、灵性手段去尝试改变人的性取向[50]。
主流心理健康专业组织都不认可或鼓励任何改变性取向的尝试，它们很多都发表了声明，提醒专业人员和公众应小心这些旨在改变性取向的疗法。美国心理学会、美国精神医学学会、美国咨商学会、美国社会工作人员协会、英国皇家精神科医学院、澳洲心理学会都发表了这样的声明[7][70][71][72]。
美国心理学会的性取向适当治疗对策工作小组（Task Force on Appropriate Therapeutic Responses to Sexual Orientation）在2009年发表了一份系统性综述，当中研究了众多经过同行评审，且有关改变性取向的文献。该篇综述总结道[50]：
改变性取向的尝试（SOCE）没什么可能成功之余，同时会对当事人构成一些风险——此一结论跟SOCE从业者和提倡者的宣称相反。尽管研究和临床文献都表明，同性的性和浪漫吸引力、感受、行为是人类正常且积极的性变异——不论当事人的性向认同为何，但本特别工作组的结论认为，接受SOCE的人群往往具有极度保守的宗教观点，这导致他们寻求各种改变自身性取向[的方法]。因此，对寻求SOCE的人的适当反应就是肯定性治疗介入，这包括治疗师对服务对象的接纳、支持、理解；促使服务对象能够正面应对、获得社会支持、探索与发展出属于自己的身份——当中不应把具体的性向认同结果强加于人。
泛美卫生局（世界卫生组织的南北美洲分部）在2012年发表声明 ，于当中警告旨在“治愈”非异性恋性倾向的措施，因为该些措施的医学执行理据欠奉，并对受影响人群的健康和福祉构成严重威胁；其还指出全球科学界和专业界的共识是“同性恋为人类性表象的正常和自然展现型式，不能够遭视为一种病理现象”。泛美卫生组织还呼吁各国政府、学术机构、专业协会和媒体揭发此类实践，并促进对性多元化的尊重。世界卫生组织附属机构进一步指出，未成年的同性恋者时会被迫参与这些“治疗”，剥夺其自由，有时甚至会要其在数月中孤独地生活——多个联合国机构已发现并报告了相关情况。泛美卫生组织建议谴责这种实践，并指治疗提供者应依据各国法律受到制裁和处罚，因为他们已违反卫生保健伦理原则，并违反国际共同维护的人权[73]
同性恋研究及治疗全国协会虽自称为“为那些不希望拥有同性恋取向者提供希望的专业科学组织”，但他们不同意主流精神卫生界对LGBT回转治疗的立场——他们既不同意其有效性低下，亦不同意有关“性取向是不可改变的非二元特质”的说法[74][75][76][77]。 美国心理学会和英国皇家精神科医学院对同性恋研究及治疗全国协会表示关注，称其立场没有得到科学支持，同时亦会创造出一种容易滋生偏见和歧视的环境[71][78]。
由于研究者会采用不同的定义，且各个社会对性有着不同的规范，故此难以准确对性取向进行量化。
1860年，卡尔·亨利希·乌尔利克斯私底下择写了一系列的小册子，他在当中提出了把性取向分门别类的早期方案[79]。该一分类只适用于男性，并将他们分为三大类：“dionings”、“urnings”、“uranodionings”。“urnings”可按其阴柔程度再细分。 该些分类与现今的“异性恋”、“同性恋”、“双性恋”相对应。乌尔利克斯在该一系列的小册子当中设定了一些用以判断某名男子是否“urning”的问题。其分类的定义如下：
- Dioning：对应于现代的“异性恋”
- Urning：对应于现代的“同性恋”
- Mannling：具有男性气质的“Urning”
- Weibling：具有女性气质的“Urning”
- Zwischen：两种气质皆具之的“Urning”
- Virilised：在性行为上就像“Dioning”的“Urning”
- Urano-Dioning：对应于现代的“双性恋”
欧洲最迟在19世纪晚期开始，便有人尝试以连续体形式把人类性反应分类。柏林性学家马格努斯·赫希菲尔德在1896年提出了一套量度方法，当中以2个独立的量表（同性恋[A]和异性恋[B]）去测量人们的性欲强弱[80]。某个异性恋者可落在“A0、B5”；同性恋者则可能为“A5、B0”；“A0、B0”即为无性恋；认为两性皆有强烈吸引力者则可能为“A9、B9”。
金赛量表，也称为“同性恋 / 异性恋等级评定表”（Heterosexual–Homosexual Rating Scale），为一个于阿尔弗雷德·金赛等人择写的《男性性行为》（1948年）中首度提出的量表，其亦为《女性性行为》（1953年）的重心[81]。此一量表是为了对抗当时将人二分成同性恋或异性恋的假设而制定[82]。金赛等人确认了社会上很多人不是绝对的异性恋者或同性恋者，他们写道：
我们的调查表明，许多人的性行为并不是非此即彼。当然有绝对同性恋者和绝对异性恋者，但是人口中相当多的一部分是两类性行为都有。有人这一类性行为多，有人那一类多，也有人两类相等。
——金赛等人（1948年）
金赛量表根据某人在一段特定时间内的同性恋/异性恋经历相对数量，抑或其生理反应，而把之在量表上分类[83]。该一分类会把具有相近性史或反应史者分为同一类别，它的分类依据并非经历或心理反应总量，而是是某人在过往跟同性恋/异性恋的关系。被评估者可落在以下类别[84]：
| 等级 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 绝对异性恋：该人对于同性没有心理反应，跟同性亦没有使人性兴奋或达至性高潮的身体接触。 |
| 1 | 主要异性恋/偶然同性恋：该人偶然有一二次导致生理或心理反应的同性性接触，或偶然在没有身体接触的情况下产生心理反应。 |
| 2 | 主要异性恋，同性恋比偶然稍多些：同性恋经历或反应稍多些，或对同性的刺激产生相当肯定的反应。 |
| 3 | 异性恋和同性恋取向相同：该人对于异性和同性皆具有同等的经历或心理反应。 |
| 4 | 主要同性恋，异性恋比偶然稍多些：该人对同性有着较明显的活动或心理反应，但同时亦具有稍多的异性恋经历或反应，或对异性的刺激产生相当肯定的反应。 |
| 5 | 主要同性恋/偶然异性恋：该人在行为或反应上很接近同性恋者。 |
| 6 | 绝对同性恋：该人在经历或心理反应上皆为绝对的同性恋者。 |
金赛量表因为不把性取向二分和为人类的性引入了新的观点，而得到不少好评。但即使此举使得性取向的分类更为准确，研究者仍很难判断该把研究对象评为哪个等级。麦斯特与强生在比较男女同性恋的性反应时，发现很难按著金赛量表去把研究对象评分[85]。他们认为有关困难在为对象的异性恋/同性恋经历或反应的相对总量评分时尤其突出。他们亦表示难以为拥有大量同性/异性恋经验的人评为2-4级。当某人有着大量的异性和同性恋经历时，那么就很难要其客观评估两者的相对数量。
韦恩里奇（Weinrich）等人和温伯格（Weinberg）等人对量表进行了批评，指它会将在其他性维度上存有差异者分为同一类[86][87]。金赛在应用这个量表时，会把性取向的两个维度纳入考虑范围当中——分别是公开的性经历和性心理反应。若只考虑这两个因素，那么在分类时便会把很多有价值的资讯直接忽略掉。某个以同性反应为主的人异于另外一个反应相对较少但同性经验较多的人。而金赛只需把两者分开量度，并把两个等级分开列出，便可解决这道问题，避免资讯掉失。此外性的维度不只于这两个，还有对象的吸引力、认同、生活方式等等。克莱因方格便有把量表缺失的维度纳入其中。
最后，金赛量表亦不恰当地将异性恋和同性恋放在同一个量表上测量，使得人们要在当中进行取舍[88]。于1970年代进行的研究显示，与单一连续体相比，男性气质与女性气质更适合于结果上分开列出[89]。若把两者放在同一个量表，那么在评价对象具有女性气质时，就必须同时把对象评为男性气质较少，反之亦然。但是若将两者分开，那么就可把测试对象同时评为十分男性化和十分女性化。把同性恋和异性恋在量表上分开亦有类近效果。若把两者独立测量，那么就可以分别确定当事人有多大程度是异性恋者、有多大程度是同性恋者，而不需考虑如何平衡两者[90]。
为了回应有关金赛量表只量度两个性取向维度的批评，弗里茨·克莱因提出了一个量度多个性取向维度的量表——克莱因方格。克莱因于《双性恋选项》（The Bisexual Option）一著中首度提出之。克莱因方格量度了7个性取向维度，每个维度细分为7级，并要测试对象按着自身在3个时段的情况去评分——过去（青少年早期至1年前）、现在（过去12个月内）、理想（自己想要怎样的性取向）。
赛尔性取向评估是为了解决金赛量表和克莱因方格所面对的主要问题而提出。它以多维度、将同性恋和异性恋分开的方式去评估测试对象的性取向。赛尔性取向评估的提出者并不把之当作量度性取向的最佳方案，反认为它是为了促进有关探讨而存在[88]。
赛尔性取向评估包含了12道问题，当中6道聚焦于评估性吸引，4道聚焦于评估性行为，2道聚焦于性取向认同。在衡量同性恋的量表上，每一道问题都有一道对应的异性恋问题版本——它总共提供了六对这样的问题。测试对象对这六对问题的回答将使得研究者大约了解其性取向。但有关结果可在聚焦于“反应”的情况下简化为四种——跟同性恋 、异性恋、无性恋、双性恋四种性取向相对应的反应[91]。
赛尔认为，有关性吸引的问题为所有问题当中最重要的，因为性吸引比起性认同或性行为更能反映性取向的概念——他把性取向定义为“同性、异性、双性或没人在性上吸引自身的程度”。赛尔因为认同和行为跟性吸引和性取向有着密切关系，所以把前两者视作补充资讯。尚没有研究者对赛尔性取向评估作出重大批评，但其信度和效度则仍待更多研究评估[91]。
聚焦于性取向的研究很多都会使用量表去评估人们属于哪个性取向群组。研究者会假设该些量表能够确定测试对象的身份认同，以及把他们按性取向分门别类。但是由于性取向的定义十分含糊，所以很难根据量表去判断某人的性取向。研究者在评估性取向时，一般会考虑当中的三大元素。以下举出了一个例子，用以说明它们的潜在定义和评估方式：
| 元素 | 定义 | 问题 |
|---|---|---|
| 性吸引 | 认为某种性别具吸引力；想跟一种或两种性别者建立性关系，或恋爱为主，偶带性接触的关系 | “你跟男性是否有过任何形式的浪漫关系？你跟女性是否有过任何形式的浪漫关系？”[92] |
| 性行为 | “任何自愿与他人进行的性器官相关活动，当中须使人感到性兴奋；没有性交或性高潮的经历也包括在内”[93] | “你有否跟同性发生过使自己达至性高潮的关系？”[94] |
| 性认同 | 个人选择，且受社会和历史因素约束的标签。当中社会会为那些性认同加添额外意义。 | “请从以下六个选项中选取一个形容自身：男同性恋者或女同性恋者；双性恋者，但多半为男同性恋者或女同性恋者；同性恋与异性恋取向一样的双性恋者；双性恋者，但多半为异性恋者；异性恋者；不知道、不确定。”[95] |
尽管性吸引、性认同、性行为皆为性取向的一环。不过人们在不同维度上定义自己时可能出现互相冲突的情况，“同性恋和异性恋行为在人们性史中的数量及占比，跟其是否把自己标籖为双性恋者、同性恋者、异性恋者之间几乎没有一致的关系”[96]。很多人会因为好奇、奇异感、社会压力而认为某些人具吸引力，并与之发生性关系，但这不一定会反映其性取向。比方说，某名女性可能只会幻想或想跟其他女性发生性关系，但在行为上并没有这样做，并只跟异性发生性关系。如果以性吸引来判断其性取向，那么她就是同性恋者。但若只以行为来计，她就是异性恋者。
由于没有研究指明哪个元素才是定义性取向的关键，故此研究者之间会因定义不同而得出相异的结论。萨文·威廉姆斯于2006年探讨了这个问题，并指出如果有关性取向的调查结果都建基于某项元素之上，那么研究者就无法实际掌握每个性取向的人口比例。例如，如果只以同性性行为来定义某人是否同性恋，那么没发生过性行为/只与异性发生性行为的同性恋者就不会纳入统计之内。同时会误把为其他理由而参与同性性行为，且在当中进入性兴奋状态的异性恋者纳入其中[97]。由于每个元素都不能涵盖所有情况，所以应以谨慎态度阅览他人的研究结果。
性取向的评估量表可用于确定不同性取向在人口中的普遍程度。有关同性恋人口的统计结果会因研究对象的年龄、性别、文化，以及所采用的性取向元素（性吸引、性行为、性认同）而异。对性吸引进行评估将得出同性恋人口的最大普遍程度。报称受同性吸引的人，一般较报称有过同性性行为，自认为男同性恋者、女同性恋者或双性恋者的人口高出两到三倍。此外报称有过同性性行为的人口比例，一般高于自认为男同性恋者、女同性恋者或双性恋者的人口比例[98]。下图为显示了上述差异的实际人口统计：
人口统计上的差异反映了研究对象对性取向各个元素的反应有所不同，以及随着时间推移而出现的回应不稳定性。劳曼（Laumann）等人于1994年发现，美国有20%在一个元素上被视为同性恋的成年人，会在另外两个元素上表达出同性恋取向，70%只于一个元素上被视为同性恋[105]。此外，人类的性亦具有一定流动性，比方说性向认同可能会随着时间而改变。黛蒙德于2003年发现，在7年跨度内，三分之二的女性至少一度改变自身的性向认同，当中很多人表示标签不足以反映她们性与恋爱感受的多元性。此外，放弃双性恋和女同性恋认同的女性不会放弃同性的性，并承认自己有可能在将来认为同性具吸引力，并与之发生性行为。其中一名女性表示：“我主要是个直女，但我是那种会因适合条件而改变自身观点的人”[106]。因此，在一项研究中被归类为同性恋者的人，可能不会在另一项研究中再归类为同性恋者。最终很难确定谁是同性恋者、谁不是同性恋者，以及他们在人口中的比例[1]。
人们会按着性取向的不同元素进行评估和参考，并得出相异的结论，继而对现实世界产生影响。公众和政府机构对同性恋人口比例的了解会影响他们看待或对待这一群体的方式。比如若同性恋者只占总人口的1%，那么在政治上他们就很有可能受到忽视，政府亦可能会把其他少数群体视为较优先要处理的对象。如果人数相对较少，那么就很难证成以社区为基础的同性计划和服务、在大众媒体中加入同性恋角色/演员、在学校建立同性恋/异性恋联盟。因此，美国全国男同性恋者和女同性恋者特遣小组的主席布鲁斯·沃勒才会在1970年代透过社会上有13%男性、7%女性为同性恋者这个数字，来延续同性恋者占总人口10%的迷思。沃勒把此一结果泛化，并在现代同性恋权利运动中采用之，以说服政治家和公众：“我们[男同性恋者和女同性恋者]无处不在”[107]。
心理学家里奇·萨文-威廉姆斯在论文《谁是同志？这重要吗？》（Who's Gay? Does It Matter?）当中提出了两套用于测量性取向的方法，使得研究者能够在发展出更准确、心理测量学上更合理、经过充分测试的定义之前，较为可靠地确定同性恋的人口比例、成因、影响[97]。他首先提议应优先考虑吸引力和性兴奋，而行为和认同则相对次要，因为前两者不易受到自欺、他欺、社会状态和意义变化所影响。为了量度吸引力和兴奋程度 ，他建议开发和使用生物测量法。他表示已有许多量度性取向的生物/生理测量法，比如性兴奋、脑部扫描、眼球追踪、体味偏好、像指长比和惯用手般的解剖学变化。及后萨文-威廉姆斯建议研究者完全放弃性取向的概念，只评估与调查问题有关的部分。比如：
- 透过量度性行为去评估性传染病或HIV的传播
- 透过量度性/浪漫吸引力去评估人际依附
- 透过量度性认同去评估政治意识形态
常见评估方法有问卷、访谈、跨文化研究，量度兴奋程度[108]、性行为、性幻想[109]。最常见的做法就是由研究对象向研究者报称或标籖自身的性取向[108][109]，其准确程度在很大程度上取决于研究对象能否正确表达自身的性取向[108]。
研究人类的性兴奋为了解男女之差及性取向的有效方法。在临床上，可能会用到阴茎或阴道光体积描记法去评估测试对象在面对不同的情色材料时，其性器官的充血情况[109]。
一些研究性取向的研究者认为，有关测试的解读并不能男女通用。一项研究发现[110]，女性在分别观看内有男女、女女、男男性行为的情色电影时，她们的性兴奋模式并不像男性般，会跟所报称的性取向那么一致。换句话说，女异性恋者跟女同性恋者对情色电影所产生的性兴奋，并不会因参与者的性别或性行为的类型而有显著差异。男性的性兴奋模式倾向于跟其所报称的性取向一致，男异性恋者对女女性行为有着更高的兴奋程度，并对男女性行为和男男性行为展现出较少程度的兴奋；男同性恋者和双性恋者对于男男性行为的场景有着较高的兴奋程度，其他场景则为之带来较少的兴奋。
另一项有关男女性兴奋模式的研究证实[111]，男女之间有着与性取向无关的兴奋模式差异。该一研究发现女性在观看人类发生同性性行为、异性性行为、人类以外的动物进行交配时，其性器官都会出现兴奋反应。男性则不会对动物的交配场面产生兴奋反应；他们的性兴趣跟其兴奋模式存在一致性（男异性恋者对女性兴奋，男同性恋者对男性兴奋）。
一些科学家在2007年使用脑部扫描技术去进行性取向相关研究[112]，结果发现异性恋者和同性恋者在看到自己喜欢的性别时都会有积极的反应，使用的脑区也是相同。杏仁核的活动水平为研究当中所发现的唯一显著差异。目前已知杏仁核有份参与调控恐惧的过程[113]。
研究表明，性取向为独立于文化等社会因素而存在的事物，但人们可能因恐同/异性恋主义的社会环境，而在公开承认自己的性取向时面对一些阻碍。宗教、语言、民族传统等社会制度会大大影响人们对性取向的认知。文化因素可能会使性取向的测量过程变得复杂。大多有关LGBT的实证和临床研究都以白人、中产阶级、受过良好教育的样本为对象；尽管也有一些研究以其他群体为研究对象，但它们在研究对象的性别和性取向多元性方面往往存有不足[114]。对于LGBT人士而言，融合性取向跟社会文化认同可能是一项挑战。人们可能会，但不一定会以性取向来定义自身的性认同，因为他们可能会经历某种程度的性流动[115]，或对其他身份有着更大的认同。美国文化非常强调个人特质，并认为自我是恒定不变的。相反，东亚文化则注重人们在社会阶级中的角色，认为自我是流动可塑的[116]。
在比较不同文化时，翻译往往是一大障碍。很多英语词汇在其他语言当中没有同义词，其他语言的概念和词汇亦有不少在英语当中未能体现出来[117][118]。翻译和词汇障碍不仅限于英语[119]。语言可以迫使人们认同一个可能或不可能准确反映其真实性取向的标签。语言也可以用于向他人表达性取向[120]。大众媒体和社会组织会向大众传播各个性取向分类的意思[119]。人们亦可能会使用新词去描述全新的性取向相关概念，或以之更好地描述各种性取向。也有一些字词的意思会因性取向而改变，或因性取向而为人替换作另一些字词。比如西班牙的“marido”（丈夫）和“mujer”（妻子）开始慢慢被更为中立的“cónyuges”或“consortes”（配偶）所取代[119]。
一些人可能会根据所认知到的特征（比如外貌、衣着、声音、与其他人的相处表现、行为方式）去推定某人的性取向。在社交场合当中尝试透过外在判断别人性取向的举动可称为同志雷达——一些研究发现，与碰运气相比，以脸部照片为依据的猜测有着较高的准确度[121][122][123]。2015年的研究表明，同志雷达只是利用LGBT刻板印象去推测别人性取向的同义词，而脸型本身并不能准确反映人的性取向[124]。
对别人性取向的推定可能会影响该人所受的待遇。比如，FBI在2004年表示，美国有15.6%向警方落案的仇恨犯罪“因性取向偏见而起”[125]。英国在实施了《2003年就业平等（性取向）条例》之后[126]，“不得因为工作者或求职者的性取向、所推定的性取向，或因为他们与某一特定性取向的人有联系，而给予他们较差的待遇”[127]
在欧美文化中，传统规范、价值观、法律皆对异性恋有利[128]——这包括婚姻和家庭结构[114]。当地不少人正尝试改变社会对LGBT人士的偏见，并通过立法保障他们受到平等待遇[119]。
此外亦有不承认同性恋/异性恋/双性恋区别的文化。它们常以性角色（主动/被动；插入/接受）来把人划分。在这种划分底下，“被动”通常与女性气质或自卑有关；“主动”则常跟男性气质或优越有关[119][129][130]。 例如，对巴西一个小渔村的调查显示，当地会把男性在性上分为三类——只与男性发生性关系的男性（始终处于被动地位）、只与女性发生性关系的男性、与男女皆发生性关系的男性（始终处于主动地位）。虽然当地人认为扮演被动角色的男性应与另外的那些分类区分开来，但只与女性发生性关系的男性和与男女皆发生性关系的男性则不会作任何区分[130]。
在美国，非高加索人的LGBT人士可能会察觉自己为双重小众——他们既不被以高加索人为主的LGBT社群完全了解或接纳，亦不被自己的族群所接受[131][132]。很多曾处于主流LGBT社群的非高加索人，要面对因种族与性别双重刻板印象结合而构成的歧视，比如亚裔美国LGBT人士于很多时候会被当作较为被动和女性化，而非裔美国LGBT人士则被当作较男性化，较具侵略性[114]。美国有着不少专为特定文化而设的LGBT支援网络，专为越南裔美国酷儿女性而设的“Ô-Môi”便是一例[132]。
性意识（Sexuality）在宗教的范畴时常是一个具有争议性的话题，尤其在涉及“性倾向”的这方面。在过去，有些宗教，例如基督教、伊斯兰教，对非男女性行为的“同性性行为”采取负面观点，并有处罚同性亲密关系的宗教规范，和对其迫害的历史纪录[133][134]。
在现代，随着科学知识的进步和对性倾向的了解，有越来越多的宗教和教派，对非异性恋者采取接纳和宽容的观点，接受非异性恋性倾向和宗教身份可相互兼容的诠释[135][136][137][138][139][140]。
互联网会在两方面影响性取向：其能提供一个载体来让人们产生有关性取向和性认同的话语，继而促成民间的性观念[119]；它允许人们以匿名方式寻找性伴侣，促进人与人之间的交流和联系[141]。
当代科学调查显示，不论文化背景如何，社会上大多数人都是异性恋者[17][18]:8[19]:9-10。双性恋者则可能认为某种性别相对较有吸引力[17][18]:8-9。与认为两性有着同等吸引力相比，较多男性为绝对的同性恋者。女性则反之[17][18]:8-9。
一糸列以西方文化为背景的研究显示，平均而言，大约93%的男性和87%的女性自认为绝对的异性恋者，10%的女性及4%的男性自认“偏向于异性恋者”, 1%的女性及0.5%的男性自认为双性恋者，0.4%的女性及0.5%的男性自认“偏向于同性恋者”，2%的男性和0.5%的女性自认为绝对的同性恋者[17]。一项以67份研究为基础的分析发现，男男性行为（不论性取向）的终生盛行率为3-5%（东亚）、6-12%（东南亚与南亚）、6-15%（东欧）、6-20%（拉丁美洲）[142]。国际艾滋病联盟估计，全球有3-16%的男男性行为者[143]。
同性恋或双性恋的相对人口比例因调查方法和选择标准而异。一项于1998年推出的报告表示，根据统计结果，美国有2.8-9%的男性、1-5%的女性为同性恋者或双性恋者[144]。
阿尔弗雷德·金赛等人在择写《金赛报告》的过程当中，要求研究样本在量表上为自己的性取向评分。根据金赛等人的数据，很多人为某程度上的双性恋者，即他们认为两性都有某种程度的吸引力，不过大多仍偏向于某一种性别。金赛在收集数据时所用到的方法常为人诟病，比如他的人口样本欠随机性，包含过多监狱囚犯、男妓、自愿参与禁忌性话题的人。不过金赛研究所的继任主任保罗·格布哈特在去除有关数据后，得出结论，指出金赛的原始估计没有显著受到样本问题影响[147]。后世很多研究者认为，金赛因抽样方法存有缺陷，而高估了受到同性性吸引的实际数字[17][19]:9[148]:147。
由于性倾向的复杂和多面向成分，所以一些研究者主张那是由历史和社会建构下所诞生的产物，此一主张尤见于酷儿理论的研究者。1976年，历史学家兼哲学家米歇尔·福柯在《性史》中提出，同性恋的概念在18世纪时并不存在，人们的认识对象只有“sodomy”（鸡奸）这种性行为，而那在当时是一种常被忽视但会被严厉惩罚的刑事罪行。他指出“性（Sexuality）是一种因为工业革命和资本主义而产生的现代概念”[149]。另有学者认为，古今同性恋之间有着明显的连续性[150][151]。科学哲学家迈克尔·鲁斯表示，受福柯影响的建构主义方法主要以经过片面读取的历史记录为依据，它们会把同性恋者的存在跟人们标籖或对待他们的方式混为一谈[152]。
在现今大多数社会，人们的性认同主要以其伴侣的性别为依据。但在一些社会当中，人们会把性角色（插入方还是受方）当作主要依据，并以之来定义性本身[153][154]。在西方文化中，人们有意义地谈论LGBT认同或社群。但在一些文化中，同性恋和异性恋的标签并不强调社会认同，或建基于性取向的社群归属[155]。
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