Il existe plusieurs mécanismes évolutifs permettant l'apparition de caractères sexuels secondaires[4] :

à cause d'un gène pléiotropique : un gène sexe-spécifique sélectionné pour une raison quelconque peut avoir un autre effet (si celui-ci n'est pas fortement contre-sélectionné) comme l'apparition d'un caractère sexuel secondaire.

si les deux sexes ont des exigences écologiques différentes, les pressions sélectives exercées sur les mâles et les femelles ne seront pas les mêmes et peuvent entraîner la sélection de caractères sexe-spécifiques. La différenciation des préférences écologiques peut en outre être sélectionnée car elle permet d'éviter une compétition intraspécifique pour les ressources. Ainsi le mâle et la femelle de l'oiseau Centurus striatus ont des morphologies de bec et des préférences alimentaires très différentes, ce qui pourrait permettre d'agrandir la niche écologique de l'espèce[5].

par sélection intrasexuelle : les caractères sexuels secondaires peuvent servir d'armes lors de la compétition entre les individus d'un même sexe (en général les mâles) pour pouvoir se reproduire avec les individus de l'autre sexe. Ces armes peuvent être physiques, comme les bois du cerf, ou psychologiques, comme certains ornements d'oiseaux dissuadant les autres mâles[réf. nécessaire].

par sélection intersexuelle : lorsque l'un des sexes choisit ses partenaires de l'autre sexe, certains caractères du sexe choisi peuvent être sélectionnés par ce choix. Ces caractères n'étant sélectionnés que pour l'un des sexes, cela peut conduire à l'apparition d'un dimorphisme sexuel. C'est par exemple le cas de la queue du paon[réf. nécessaire].