几个世纪以来，动物学家通过观察和研究发现包括蜘蛛和黑猩猩在内的数百种动物会与同性产生爱恋关系。同性结合中最常见的是鸟类，每20对企鹅中就有1对是同性恋，而且它们的同性关系维持长达6年，雄性灰雁也能与同性生活15年之久。同性恋现象不仅存在于人类社会，动物也有同性之爱，甚至更加司空见惯。据统计，至少上百种脊椎动物中都存在不同程度的同性恋行为或同性性行为。同性爱恋的行为在自然界中到处都存在，但很少有人尝试从进化的角度去研究和理解同性恋行为的发生。
同性恋现象出现在大概1500多种生物身上。
很多动物身上存在同性恋行为，此种性癖好可能是与生俱来，也可能是受后天环境影响形成的。
很多动物身上存在同性恋行为，此种性癖好可能是与生俱来，也可能是受后天环境影响形成的。调查显示，灵长类和其它哺乳类动物的同性恋行为最多，其次是鸟类、爬行类、两栖类、鱼类、昆虫类和其它无脊椎动物。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，才同异性待在一起，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。多配偶制的动物允许同性恋的发生，同时也不会影响繁殖。
珍妮·伊里伊奇娜和她的同事们也对这类不繁衍后代的生物十分感兴趣。他们想知道为什么部分人类、老鼠、蜘蛛、鹅、海豹、果蝇和其余上百种类型的生物偏离了传统进化轨道，没有繁育后代，但在进化中却仍没被淘汰？为什么这样的个体不会从其生物群体中消失？这是一个著名的进化论悖论，是长期困惑学者的一个疑问。
行为和偏好
从进化来看，当生物表现出与大多数同类不同的性偏好时（不单表现在性行为上）就属于进化论中的反常现象。但事实上，对于任何一只鹅或公羊来说，它们爱恋同性的偏好完全不影响其履行进化职责——传宗接代，它们只是将空闲的时间和精力花费在“非传统”的性爱上，就像“萝卜青菜各有所爱”的道理一样。
正如珍妮·伊里伊奇娜在文献中提到的那样，我们发现有数千种生物表现出有悖常规的性行为，其中包括许多种类的鱼和昆虫。但仅是观察到它们的简单的行为表现，并没有记录下它们的这种喜好是否稳定。研究人员研究了很多生物，但目前仅限于各种哺乳动物和鸟类，这些动物的性行为比它们的性取向更容易被观察出。
在某些情况下，动物的同性性行为，带有明确的进化需求，如以下几种情况：
情境行为
受先天因素的影响，动物一般都有季节性发情期，这个时候动物个体已经发育成熟，能量的积蓄过程已经完成，受到体内性激素的刺激，会产生冲动，表现出求偶行为和交配行为。由于动物的大脑不像人类那样发达，有时它们与同性发生了性行为，仅是因为没有识别出对方的性别。例如，雄性果蝇在刚出生后的一个半小时就开始试图与其它果蝇进行性行为，不分性别。过段时间后，它们才能通过气味区分出雌性，才开始有目的地与雌性交配。
我们小时候，在村里度假时经常看到，公牛或公马兴奋地猛扑向同性，甚至是无生命的物体。但这种情况往往是因为它们周围缺乏同类雌性，一旦出现同类雌性，它们就会慢慢转变。
只要创造一个合适的环境，往往就可以诱导同性恋行为发生。例如，研究人员曾通过观察发现，同性别的企鹅会经常在一起，它们互相抓痒，一起睡觉，行为表现得非常像一对“情侣”。甚至有的同性雄企鹅还会结伴去抢雌性企鹅的蛋，试图自己孵出企鹅宝宝。研究发现，是因为这些企鹅生活在雌雄比例失调的栖息地，才引发了企鹅的“同性相吸”。
社会行为
动物同性交配有时也表现为一种社会行为，受后天环境的影响。有些动物会通过同性之间的性行为来挑起冲突或侵略。最经典的例子是倭黑猩猩。当两只同性倭黑猩猩之间出现矛盾时，它们就会通过交配行为解决冲突。动物中的这类同性恋行为，还可以防止冲突发生，就像人类的一个温暖的拥抱一样，可以缓和矛盾。
动物的同性恋行为可能有助于它们建立良好的族群关系。宽吻海豚雄海豚通过做爱来加深关系，巩固自己的同性联盟。一只雄海豚在追求异性时，常会与其它雄海豚结盟，这种同性联盟通常能让它们效率倍增。鸟类可能为了练习求爱技巧、减轻社交压力、巩固统治而产生同性恋行为，这种行为可以帮助它们组成联盟，共同承担照料后代的责任或者获取资源。鸟类同性恋更有可能在不影响繁殖同时又增加了交配机会的情况下发生。
科学家提出，同性恋伴侣可能会负责一些重要的社会义务，比如帮助抚养伴侣的雏鸟，或者保护种群免受捕食者的伤害。这能帮助同性伴侣的亲戚，而不是它们自己。这叫亲缘选择，又称汉密尔顿法则，其主要内容是：亲缘关系越近，动物之间的合作倾向和利他行为也就越强烈;亲缘越远，则表现越弱。
生理需求行为
这种情况非常容易理解，正如人类一样，这是动物的基本生理需求。在动物界中，从鸟类到哺乳类都有同性恋行为的发生。与同性发生性行为，有的是受先天因素的影响。动物一般都有季节性发情期，这个时候动物个体已经发育成熟，能量的积蓄过程已经完成，受到体内性激素的刺激，会产生冲动，表现出求偶行为和交配行为。
雌性动物选择了那些优秀的雄性个体与之交配，剩余的单身雄性找不到配偶，没有资格参与到繁殖群体中去，只能是发生同性爬跨行为，来释放体内积累的能量。据说有人曾在几千米的深海看见两只同性章鱼在交配，而且是不同种类的雄性。这或许就可以理解为由于海底异性、同类伴侣稀缺，为解决基本的生理需求，它们只能选择与现有伴侣进行交配。
是否存在真“爱”？
许多动物与同性发生了性行为，但这并不意味着它们有真正的同性恋性取向。
雄性黑粉虫使用的与其它雌性同类进行交配的策略：强迫自己接受其它雄性发起的交配的策略是，将施暴者的精子储藏起来并加以循环利用，这样受害者就会有更高的几率让雌性为其延续后代。由此可见，一些种类的雄性动物将与同性交配作为一种提升繁殖后代几率的手段。因此，不难理解为什么动物同性交配技能不断进化。但以上两个例子也表明，黑粉虫和果蝇都不是真正意义上的同性恋。
还有一些与真正的同性恋很相似的物种，如生活在夏威夷瓦胡岛的信天翁。这些体型硕大的海鸟通常是“一夫一妻制”，想要成功抚养一只幼鸟，需要两只信天翁一起配合。在瓦胡岛上，31%的信天翁夫妇都是一对雌性。此外，即使雌性信天翁已经有固定的异性交配伴侣，也会在繁殖后代后弃之不顾，再次回到同性伴侣身边。雌性伴侣也会像异性恋夫妇那样，每年抚养一只幼鸟，尽管它们可能不如异性恋夫妻那样更容易生存，但总比一个“单亲妈妈”独自抚育后代强，毕竟一只雌性信天翁很难做到一边孵蛋，一边觅食。对于信天翁来说，一旦两只雌性结成了夫妇，就会与固定同性伴侣生活很多年，这对于寿命较短的鸟类来说，可谓是真“爱”。
但是，雌性信天翁也不是真正的同性恋。因为在瓦胡岛上，雌性信天翁数目远超雄性，所以它们无法与雄性伴侣确定稳定的一夫一妻制关系。对其它鸟类行为的研究表明，它们寻找同性伴侣正是由于雄性短缺造成的。如果信天翁不属一夫一妻制，或者更换伴侣的频率更快，有足够的雄性，或许雌性信天翁也会找异性伴侣。
和人类一样，动物会利用交配达到某种目的。如同性宽吻海豚会通过交配，稳固自己在群族中的社会关系，但最终还是会与异性繁殖后代。这些物种也被称为“双性恋”，著名的双性恋动物还有日本猕猴和果蝇。它们能在同性恋与异性恋关系之间自如切换，没有稳定的性取向。
双性恋动物与多个伴侣进行性交往。一方通过将抚育后代的责任转移到另一方，把自己从抚育后代中解放出来，并把剩下的精力和时间投入到额外的交配机会中。因此，抚育后代投入较少，与多配偶性行为的增加密切相关。我们可以确定这种本能有非常特殊的生存价值，如同性恋经常在灰雁种群中获得更高的社会地位。它们会吸引一些落单的雌性，而一只同性恋雄雁会与这只雌雁短暂交配，直到它把注意力转向它实际的恋人。从这个角度来看，同性恋促进了生育。
而且，最终受益的仍是雌性：它们可以组队吸引最具“魅力”的雄性来进行交配，这样就可以将更好的雄性基因传递给后代，而这个雄性有没有其它雌性交配伴侣对它们来说并不重要。
目前，研究人员只观察到两个物种的同性恋倾向一生都不会改变，即使他们也有潜在的异性交配伴侣。一种是人类，另一种是绵羊。
高达8%的公羊对同性有爱恋之情，即使它们身边有很多成熟的母羊可以选择。1994年，科学家发现这些公羊的大脑结构明显不同于其它公羊：它们控制性激素的下丘脑的体积比异性恋同类的小。
在人类中也存在着相似的情况。早在1991年，美国神经生物学家利维在解剖了异性恋与同性恋男子的尸体后，发现同性恋男性下丘脑前端的一个区域显著小于异性恋男性，而与女子的相当。
许多项研究表明，在胎儿发育时，性激素能让哺乳动物大脑的结构和化学功能发生永久的变化，从而决定了成年后的性取向。例如，同性恋公羊大脑杏仁核中雌激素受体的数量明显少于异性恋公羊，而与母羊的相当。因为大脑杏仁核与嗅觉有关，这意味着同性恋公羊对与性刺激有关的嗅觉信息的处理可能与异性恋公羊不同。异性恋公羊下丘脑视前核显著大于母羊和同性恋公羊，大约是它们的两倍。
有一些男孩在出生时被发现外生殖器有畸形。由于制造阴道要比制造阴茎容易，因此他们往往经过手术整形成女孩，并按女孩培养。他们不知道自己本是男儿身，一直认为自己是女性。但是研究表明，他们在成年后无一例外都只对女人感兴趣。这就清楚地表明，一个人的性取向不是后天的培养可以改变的。
从进化论的角度概括地说，雄性与同性恋爱的动机不是为了任何利益，因为他们确实得不到任何好处。无论如何，种种证据都表明，雄性同性恋可能是先天决定的，与后天生活环境无关。如果真的存在同性恋基因的话，它怎么会被遗传下去？雄性同性恋对异性不感兴趣，没能留下后代，那么他携带的同性恋基因也会随着他的死亡而消失。即使有一部分男同性恋在社会压力下娶妻生子，生育率也会很低，同性恋基因也会很快地渐渐消失。但为什么没有呢？
美国著名生物学家、社会生物学的创始人爱德华·威尔逊曾在1978年试图用“同胞选择”理论解决这个难题。他认为，男同性恋对其兄弟姐妹的子女会更关心，让他的侄子、外甥们（包括女孩）有更高的生存率。这些孩子有约八分之一基因与其相同，这样男同性恋者就通过其侄子、外甥们传播了一部分基因，其中有的就含有隐性的同性恋基因，而他们更高的生存率可以弥补男同性恋自己不生育的损失。但是社会调查表明，男同性恋并不比男异性恋更关心其侄子、外甥，不符合同胞选择理论的预测。当然，这也没有证伪同胞选择理论，因为根据现代社会做的调查并不能反映史前社会的状况。也许在史前社会，男同性恋的确更关心其侄子、外甥的生存，而现代社会对同性恋的歧视改变了他们的这种天性。
另一种可能是，同性恋基因在不同的性别身上有截然相反的作用。男人携带同性恋基因会让他们变成同性恋，从而使其生育率变得极低或为零，而女人携带了同性恋基因却会提高其生育率。也许，同性恋基因起到的作用就是让其携带者喜欢男人：它让男人喜欢男人，而让女人要比其他女人更喜欢男人。这样，虽然携带了隐性同性恋基因的父母所生的同性恋儿子不生育，却会有具有超级生育率的女儿弥补其损失，继续把同性恋基因传播下去。同样需要有更大样本的研究才能让人相信这不是假象，但是最终还要找出相关基因并研究清楚其功能，才能让人信服。
我们可能永远找不到一个能像人类一样明显的同性恋物种，但可以不断发现许多其它不满足于传统性取向的动物。
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