التمايز الجنسي (بالإنجليزية: Sexual differentiation) هو عملية تطور الاختلافات بين الذكور والإناث من زيغوت غير متمايز.
عندما يتطور الأفراد الذكور والإناث من الزيجوت إلى الأجنة، ومن ثم إلى الرضع والأطفال والمراهقين وفي نهاية المطاف إلى البالغين، تتطور الفروق بين الجنسين على العديد من المستويات: الجينات، الكروموسومات، الغدد التناسلية، الهرمونات، التشريح، والنفسية.