Habitualmente este término se usa para referirse a la diversidad dentro de la orientación sexual; de hecho, habitualmente se usa una clasificación simple de cuatro orientaciones: heterosexual, homosexual, Transexual y bisexual; sin embargo, según diversas teorías de la sexología, como la teoría de Kinsey y la queer, esta clasificación resulta insuficiente para describir la complejidad de la sexualidad en la especie humana y también en otras especies animales según diversas investigaciones etológicas. Es decir, por ejemplo pueden encontrarse sexualidades que se situarían entre las anteriores clasificaciones:

• Entre heterosexual y bisexual: preferentemente heterosexual o heteroflexible.
• Entre homosexual y bisexual: preferentemente homosexual u homoflexible.

En otras palabras, se cree que dentro de la bisexualidad existe una gran diversidad de tipologías y preferencias que pueden responder a una motivación puramente biológica (sexuación del cerebro) o también puede estar influenciada por las circunstancias (abundancia de un sexo u otro, fuerte libido, etc.). De hecho, en este contexto es posible englobar la heterosexualidad y la homosexualidad dentro del conjunto de bisexualidades, como dos casos situados en los extremos de la preferencia (escala de Kinsey).
Según la sexología, y en especial la de la especie humana, la diversidad sexual incluye también a todas las formas de identidad sexual, tanto si son definidas como indefinidas (teoría queer). En este sentido, socialmente se reivindica la aceptación de cualquier forma de ser, con iguales derechos, libertades y oportunidades, dentro del marco de los derechos humanos.
La población lésbico-gay-bisexual-transgénero (LGBT) suele aprovechar las jornadas del orgullo gay para reivindicar la visibilidad de la diversidad sexual. Ser lesbiana u homosexual no significa tener derechos diferentes en la sociedad, sino reconocer los derechos constitucionales de quienes tienen una orientación sexual distinta. El día 28 de junio se celebra, desde hace varios años, el Día Mundial de la Diversidad Sexual.