У хлопчиків і дівчаток мозок розвивається в різному темпі, у різній послідовності й у різні строки. У дівчаток раніше, ніж у хлопчиків, формуються ділянки лівої півкулі, відповідальні за мовлення, раціонально-логічне мислення. У хлопчиків логічна ліва півкуля розвивається повільніше. Тому у них до певного віку домінує образно-чуттєва сфера. Хлопчики на 2‑3 місяці пізніше за дівчаток починають ходити, на 4‑6 місяців пізніше — говорити.
Мозок хлопчиків, порівняно з дівчатками, — прогресивніша, диференційованіша, вибірковіша функціональна система, що працює економніше. У них особливо вибірковий активний передній мозок, його лобові асоціативні структури. Саме ці відділи мозку значною мірою відповідають за процеси змістоутворення. Це робить мислення хлопчиків більш творчим, сприяє їх високій самореалізації.
Фізіологічна сторона сприймання теж трохи відрізняється у хлопчиків і дівчаток. Доведено, що до 8 років гострота слуху у хлопчиків у середньому вища, ніж у дівчаток, але дівчатка чутливіші до шуму. У віці 6‑9 років дівчаткам притаманна вища шкірна чутливість, тобто їх більше дратує тілесний дискомфорт і вони чуйніші до дотиків і погладжувань.
Хлопчики ліпше виконують пошукову діяльність, висувають нові ідеї. Вони ефективніше працюють, якщо потрібно виконати принципово нове завдання. Утім менш якісно, старанно й акуратно його оформлюють. У школі хлопчик може знайти нове нестандартне розв’язання математичної задачі, але припуститися помилки в обчисленнях і зрештою отримати погану оцінку.
Дівчатка зазвичай ліпше виконують завдання типові, шаблонні, однак роблять це старанно, опрацьовують деталі. А це саме те, що важливо у школі. Дівчаткам зазвичай спочатку треба пояснити, як розв’язувати те чи те завдання. Тобто етап пошуку виключено, його бере на себе дорослий. Мінімальні вимоги до пошуку й новаторства, максимальні — до старанності виконання. Це добре для дівчаток, тоді як хлопчикові треба трохи «недопояснити» і наштовхнути його на самостійне знаходження принципу розв’язання. Можливо, він і не навчиться акуратно й послідовно записувати в зошиті, але лише так зрозуміє, а значить, і запам’ятає принцип розв’язання: те, до чого дійшов власним розумом, зазвичай не забувається.
У хлопчиків ліпше розвинені відеопросторові вміння. Дослідження свідчать, що спеціалізація правої півкулі мозку відносно просторових функцій, просторово-часової орієнтації у хлопчиків виникає вже в шість років, тоді як у дівчаток не виникає навіть до тринадцяти.
Дівчатка перевершують хлопчиків у виконанні мовленнєвих завдань. У них вища швидкість мовлення, швидкість читання, досконаліша грамотність. Але та сторона мовлення, яка пов’язана з пошуком (знаходження словесних асоціацій, розгадування кросвордів), ліпше представлена у хлопчиків. Це ще раз доводить, що сильна сторона чоловіків — здатність до пошуку нових нестандартних рішень, до новаторства.
Утома позначається неоднаково на роботі мозку дітей різної статі. Доведено, що у хлопчиків при цьому більше страждають лівопівкульні процеси (пов’язані з мовленнєвим мисленням, логічними операціями), а в дівчаток — правопівкульні (образне мислення, просторова орієнтація, емоційне самопочуття). Батьки, які мають дітей різної статі, і педагоги зазвичай помічають цю різницю і по-різному будують заняття з хлопчиками і дівчатками.
У дівчаток більше розвинене механічне запам’ятовування, отримують хороші оцінки і швидко забувають уже «не потрібну» інформацію. Можливо, звідси й виникає той парадокс, що в школі математику та фізику ліпше вивчають дівчатка, а у вишах технічні спеціальності ліпше опановують юнаки.
Хлопцям, на відміну від дівчаток, для повноцінного психічного розвитку потрібний більший простір, ніж дівчаткам. Якщо простір замалий у горизонтальній площині, то вони освоюють вертикальну: лазять по сходах, шафах. Якщо попросити дітей намалювати план околиць свого будинку, то хлопчики на малюнках відобразять ширший простір, намалюють більше вулиць, дворів і будинків.