蝴蝶属于雌雄异体动物，性别分化显著，可通过形态与行为特征识别：
外部形态：雄蝶翅膀常具特殊斑纹或鳞片结构，用于求偶展示。例如，孔雀蛱蝶雄蝶后翅具眼状斑，可反射紫外线吸引雌性；而雌蝶斑纹较淡，体型通常更大，以容纳更多卵细胞。部分种类（如红珠凤蝶）雌雄翅色差异可达50%以上。

生殖器官：雄蝶腹部末端具抱握器，交配时用于固定雌蝶；雌蝶则有产卵器，用于将卵产在寄主植物上。解剖学研究显示，雄蝶精巢占体重比例高达10%，远超雌蝶卵巢（约5%），反映了两者生殖策略的差异。
行为差异：雄蝶通过释放信息素（如法尼烯）标记领地，雌蝶则通过化学感受器评估雄蝶基因质量。交配后，雌蝶可能拒绝再次交配，以保障后代遗传多样性。