Hom parla de dimorfisme sexual quan aquestes dues formes es corresponen amb tots dos sexes. Es dóna tant en plantes com en animals, però en aquests darrers els exemples són més característics. En moltes espècies animals dioiques el mascle i la femella tenen un aspecte diferent, i això és degut als caràcters sexuals secundaris, els quals es manifesten després de la maduresa sexual, afavorint el comportament sexual. Sovint el dimorfisme sexual només es presenta a l’època de zel, i té per objecte de facilitar el reconeixement entre ambdós sexes i la selecció sexual. Pot presentar-se en un grau moderat, com en els mamífers, exagerat, com s’esdevé amb el plomatge dels ocells, o àdhuc extremós, com és ara en els insectes, on es poden donar mascles amb ales i femelles àpteres i neotèniques o a l’inrevés, en els aràcnids i alguns crustacis, en alguns trematodes, com Bonellia, i en determinats peixos abissals, en els quals els mascles són pigmeus i paràsits de les femelles. També hi ha un dimorfisme estacional, que condueix a la formació de dues generacions de morfologia diferent en el cicle biològic d’una determinada espècie. És produït per les variacions de la temperatura i la il·luminació al llarg de l’any, la qual cosa repercuteix en la formació de dues generacions adaptades, cadascuna, a les variacions dels factors abans esmentats.
El dimorfisme nuclear
En els ciliats i en alguns foraminífers es dóna el dimorfisme nuclear, que consisteix en la presència de dos tipus de nuclis en cada cèl·lula: el micronucli i el macronucli. El micronucli, generatiu o reproductiu, és diploide i pot dividir-se sense límit; el macronucli, somàtic o metabòlic, és diploide o poliploide i té una capacitat limitada de divisió o no es divideix.