文献中描述最多的是哺乳动物的同性恋行为。科学家发现，雄性长颈鹿绝大部分时间生活在同性群体中，只有在需要繁殖时，才同异性呆在一起，而在同性群体中，它们中的80%，其交往行为都被认定与性有关。在灵长类动物中，超过30%的种类被认定具有同性恋行为。倭黑猩猩用性行为维持集团的稳定和谐，它们中的50%是同性恋。
调查还显示，有超过130种鸟类热衷于同性恋，它们中的一些在生活的某个时段曾经拥有稳定的同性恋伴侣。火烈鸟是一个典型的例子，6%的雄火烈鸟会组成同性恋家庭，两只雄火烈鸟接管一个鸟巢，认真地做所有应该做的事，包括求爱和养育后代。令人惊讶的是，这些由雄鸟组成的家庭往往比由异性组成的家庭更成功，它们敢作敢为，富有进攻性，因此能占有更多的地盘和资源。
在燕鸥中，有1/3的家庭由两只雌鸟组成，它们成双成对，共同孵化鸟蛋，养育后代，双方都乐意担当父亲或母亲的角色。一些粉红凤头鹦鹉具有长久的同性恋倾向，哪怕同性伴侣死去，或者种群中雌雄比例发生了变化，它们也不会改变这种倾向。仅在澳大利亚，科学家记录下的具有类似同性恋行为的鸟类，就超过了40%。
生物学家对动物同性恋现象作出种种解释，有些生物学家说，动物同性恋是动物对性识别的错误造成的；另一些生物学家说，动物同性恋是动物们的游戏，或动物们正常性生活的预演；还有一种观点认为，动物同性恋是种群中缺乏异性的结果。加拿大莱斯布里奇大学的科学家保罗·法斯尹，试图研究寻找动物同性恋行为的进化意义。他仔细研究了日本短尾猴的性行为，结果发现，在雌性短尾猴中，有33%的性活动发生在同性间，但却没有发现任何进化上的意义，因此他的结论是，这些猴子热衷于同性恋只是为了好玩。
科学家认为，动物同性恋行为同其他行为一样，产生于先天的“自然”因素和后天的“教养”因素。从教养方面看，科学家认为动物的同性恋行为与动物种群中统治和等级关系的形成有关，从自然方面看，许多科学家主张基因理论，他们认为，动物包括人的同性恋行为与基因有关。美国科学家迪安·哈默博士声称，他发现人类同性恋者多携带一种名为Xq28的基因，这说明这种基因与同性恋行为的关系非常密切。哈默和他的同事们还在雄性果蝇中找到了另外一种基因，据说这种基因使果蝇的同性恋行为一下子从8%增加到90%。
然而，麦克法兰博士对哈默的研究提出了质疑，麦克法兰说，果蝇同性恋行为的增加并不能证明那种基因与同性恋行为有关，因为这种基因也可能控制着果蝇对性的辨别能力，如果那样，果蝇同性恋行为的频度同样可以增加。
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