Per dimorfismo sessuale (dal greco "due forme") s'intende la differenza morfologica fra individui appartenenti alla medesima specie ma di sesso differente.
Queste differenze possono consistere:
Nelle maggiori dimensioni del maschio rispetto alla femmina: questo vale per la maggior parte dei mammiferi (elefante africano, ecc.) e degli uccelli. Tuttavia, vi sono animali nei quali avviene l'esatto opposto, ossia le dimensioni della femmina sono maggiori rispetto a quelle del maschio: questo succede in numerose specie di insetti, aracnidi, pesci, e anche in alcuni uccelli (falconiformi, dove le differenti dimensioni dei due componenti della coppia ne riducono la competizione per il cibo, poiché cambia la taglia delle prede di ciascuno) e mammiferi (iena maculata).
Nella diversa colorazione dei due sessi (dicromatismo sessuale), dove è solitamente il maschio a essere più colorato della femmina (molti galliformi, uccelli del paradiso), ma vi sono anche casi dove avviene l'esatto contrario (dimorfismo inverso, presente ad esempio in beccacce striate, falaropi, ecc.).
Nella presenza o assenza in uno dei due sessi di determinate strutture come, barba, corna (cervi), zanne (suini), piume allungate e/o colorate, pungiglioni, ecc.
Nella presenza o assenza in uno dei due sessi di determinati comportamenti (istinto parentale, aggressività innata, ecc.).
Spesso, il dimorfismo sessuale conta più di una delle sopracitate caratteristiche: ad esempio, i pavoni maschi hanno dimensioni maggiori delle femmine, sono inoltre più colorati e possiedono lunghe penne ocellate sul codione.