认知功能的性别差异已经得到很多研究的证实，如女性的言语理解、小肌肉运动技能、 感知速度、情境记忆任务（包括词汇、数字、图像）、面孔再认任务上优于男性，而男性的视觉空间操作、推理能力方面表现好于女性。在韦克斯勒成人智力量表（Wechsler Adult Intelligence Scale，WAIS）测量中，不同性别的差异表现为语言智商（VIQ）和操作智商（PIQ）不同， 女性的VIQ较男性高，男性的PIQ较女性高。
许多研究发现，同性恋者的认知风格具有“交叉性别转移”特点，即男同性恋者认知功能和女异性恋者相似，表现出“女性化“顷向；女同性恋者的认知功能则和男异性恋者相似，表现出“男性化”倾向。如桑德斯（Sanders）等人发现，男同性恋者与男异性恋者相比，男同性恋者的语言智商（VIQ）较高，操作智商（PIQ）较低，与女性相似。韦格辛（Wegesin）发现， 男同性恋者在言语能力及心理旋转方面的表现类似于女性；许毅等人发现，男同性恋智力结构呈现一定程度的“女性化”倾向，即男同性恋者的言语能力明显强于男异性恋者，而在空间能力和组织结构能力方面则明显弱于男异性恋者。
布鲁斯特（Brewster）发现男同性恋者面孔记忆能力比男异性恋者好，而与女异性恋者相比无差异。拉赫曼（Rahman）等选取男同性恋者、男异性恋者和女异性恋者为被试，比较三者对表情的偏侧加工现象。他们发现：男同性恋者和女异性恋者识别女性情绪面孔时更多地表现为左侧化加工，而男异性恋者则表现为右侧化加工；男同性恋者具有大脑功能左侧化、女性化倾向。国内黄丹丹的研究也发现男同性恋者表情判别敏感性优于男异性恋者，且与女性相当，与国外研究一致。