La signification adaptative de la polyandrie chez les animaux est controversée. La polyandrie présente des avantages directs pour les femelles, permettant l’assurance de la fécondation, la fourniture de ressources et les soins parentaux pour leur progéniture. Les souris domestiques (Mus musculus musculus) ont montré des avantages génétiques indirects, où les femelles ont augmenté la survie de la progéniture par accouplement multiple, montrant que la pratique de l’accouplement polyandrique entraîne une augmentation de la viabilité de la progéniture. Dans une méta-analyse, comprenant 10 ordres d’insectes différents, la polyandrie a augmenté la production d’œufs par les femelles, en particulier chez les lépidoptères et les orthoptères. Les avantages indirects de l’accouplement pour les femelles peuvent être obtenus grâce à la compétition des spermatozoïdes pour obtenir de « bons gènes », un choix féminin cryptique, une qualité génétique accrue et une diversité génétique. Les araignées femelles (Pisaura mirabilis) stockent plus de spermatozoïdes des mâles qui donnent des cadeaux, ce qui suggère que le stockage des spermatozoïdes est sous le contrôle des femelles grâce au choix cryptique des spermatozoïdes. L’augmentation du stockage du sperme des mâles qui donnent des cadeaux pourrait permettre aux femelles de produire des « fils sexy » qui donnent également des cadeaux et augmentent la forme physique de la progéniture. Le stockage des spermatozoïdes et le succès de la fécondation augmentaient avec la durée de la copulation, suggérant un avantage dans la compétition des spermatozoïdes.

De nombreuses espèces de reptiles font également preuve de polyandrie, en particulier parmi les membres de la famille des tortues (Testudinidae). Grâce à la polyandrie et au stockage à long terme des spermatozoïdes, des études récentes ont trouvé des preuves de la capacité des tortues femelles à produire des couvées d’œufs qui démontrent une paternité multiple. Comme on pouvait s’y attendre, ces nouveau-nés ont montré une augmentation de la variabilité génétique par rapport à ceux nés d’un seul mâle. Le potentiel de paternité multiple au sein d’une couvée est principalement le résultat du stockage des spermatozoïdes à travers les cycles de reproduction, car des études ont confirmé la présence simultanée de plusieurs spermatozoïdes mâles dans l’appareil reproducteur de la tortue femelle. En raison des embrayages avec une plus grande variation des gènes paternels et une compétition accrue des spermatozoïdes, les femelles peuvent maximiser à la fois la qualité génétique et le nombre de descendants. Les paternités multiples au sein d’une même couvée sont donc considérées comme une stratégie efficace pour augmenter le succès reproducteur et la condition physique des tortues femelles.

La reine des abeilles est généralement la seule abeille femelle dans une ruche se reproduisant avec des drones, qui proviennent souvent de diverses ruches. Elle mère la plupart ou la totalité des enfants dans une ruche donnée.

Les pics glands fournissent des informations substantielles sur les systèmes de reproduction car ils pratiquent la monogamie, la polyandrie et la polygynie. En polyandrie, la présence d’un plus grand nombre d’éleveurs mâles chez les pics de gland a montré que les femelles reproduisent la taille optimale de la couvée et qu’avec le partage de la paternité entre les mâles, il est comportementalement plus stable, augmentant la forme physique des mâles et des femelles. Contrairement à la polygynie, où il a été observé que les femelles polygynes qui pondent un grand nombre d’œufs dépassant la taille optimale de la couvée réduisent la forme physique du groupe. Les trios polygynes comparés aux trios polyandres ont montré que le fait d’avoir plus d’œufs réduisait la forme physique du groupe. Les études de Chao (1997) utilisant des pics de gland suggèrent que d’autres systèmes d’accouplement sont pratiqués à un taux inférieur à celui de la polyandrie, car c’est la polyandrie qui peut maximiser la forme physique des mâles et des femelles lors de l’obtention d’une taille de couvée optimale. Dans l’accouplement polyandre, la taille d’embrayage optimale est obtenue car il n’y a qu’une seule femelle et elle devient plus stable lorsque tous les membres restent ensemble.

Des accouplements multiples sont également observés chez les jacanas à feuilles caduques où les femelles ont un groupe de mâles à proximité pour l’accouplement. Les copulations sont facilement visibles chez les jacanas, ce qui facilite l’observation des femelles copulant continuellement avec divers mâles. Les copulations continues et la proximité des partenaires ont permis aux femelles de voler en quelques minutes, ce qui a entraîné le mélange attendu des spermatozoïdes et a permis aux spermatozoïdes les plus viables de fertiliser la majeure partie de la couvée ou d’augmenter la diversité génétique pour des avantages en matière de résistance aux maladies. Snow et Andrade (2005) ont conclu que l’araignée à dos roux (Latrodectus hasselti) augmente leur capacité à manipuler la paternité de leur progéniture en utilisant les spermathèques pour stocker plusieurs spermatozoïdes. De plus, une étude sur les fourmis coupeuses de feuilles (Acromyrmex echinatior) a soutenu l’hypothèse selon laquelle le mélange des spermatozoïdes se produit effectivement chez les insectes sociaux polyandres. Il a également été constaté que les œufs des fourmis reines étaient complètement mélangés et utilisés au hasard pendant la ponte.

Selon Gordon G. Gallup, en tant que forme d’adaptation à l’accouplement multiple chez les femelles, la forme du pénis humain est indicative d’une histoire évolutive de la polyandrie. Les hommes mâles ont évolué pour avoir un gland en forme de coin ou de cuillère et pour effectuer des mouvements de poussée répétés pendant la copulation afin d’éloigner le sperme étranger du col de l’utérus et ainsi rivaliser avec le sperme d’autres mâles.

La polyandrie peut également imposer des coûts aux femelles, les exposant à des maladies, à un risque accru de prédation, à des coûts de temps et d’énergie, et même à des dommages physiques dus au harcèlement sexuel. Les femmes polyandreuses sont victimes de harcèlement sexuel lorsqu’elles sont courtisées par des hommes, ce qui coûte cher aux femmes. Afin de réduire les coûts pour les femelles, les femelles participeront à la polyandrie. Par exemple, chez l’espèce d’abeille Anthidium maculosum, comme chez de nombreuses autres espèces, le coût élevé de la résistance à l’accouplement peut dépasser le coût de l’acceptation de nombreux mâles dans une reproduction si la copulation prend peu de temps, et donc les femelles de certaines espèces ont tendance à être polyandreuses. Dans le système polyandre, la coercition sexuelle a été observée comme l’une des principales raisons pour lesquelles les femelles commencent à s’accoupler avec plusieurs mâles pour l’emporter sur le coût dans différentes circonstances. L’hypothèse du conflit sexuel suggère que la polyandrie peut se produire en raison de la coercition sexuelle empêchant les femmes d’obtenir des avantages. La contrainte sexuelle a été vue sous trois formes différentes: la copulation forcée, le harcèlement sexuel et l’intimidation. La copulation forcée est observée chez les mâles qui ne peuvent pas accéder aux femelles pour l’accouplement. En raison du manque d’accès aux partenaires, les mâles sont plus susceptibles de se livrer à des comportements sexuellement agressifs qui pourraient entraîner des dommages physiques et la mort pour les femelles, comme cela a été observé chez les éléphants de mer et les canards. L’intimidation a été observée chez les primates sociaux, qui contraignent les femelles à s’accoupler, les poussant donc à s’accoupler avec leur propre agresseur. Les mâles utilisent l’intimidation comme méthode de punition chez les femelles qui ne s’accouplent pas avec elles.

La coercition sexuelle présente de nombreux avantages pour les mâles qui leur permettent de s’accoupler, mais leurs stratégies présentent un coût élevé pour les femelles. Cela a été observé chez les vertébrés comme les tortues vertes. La tortue verte est un exemple d’espèce qui ne bénéficie d’aucun avantage possible de la polyandrie et ne l’utilise que pour réduire le coût de l’accouplement. En ce qui concerne les souris domestiques, l’accouplement multiple des mâles a été observé même lorsque les femelles ont eu la possibilité de sélectionner leur partenaire sans contrainte sexuelle, montrant que c’était dû au choix des femelles. Chez la mouche Dryomyza anilis, les femelles favorisent les accouplements avec une ponte rapide. Les femelles de D. anilis peuvent stocker des spermatozoïdes pendant au moins deux lots d’ovules sans que leur taux de fécondation ne diminue. Par conséquent, l’accouplement avant chaque ponte n’est pas nécessaire. Il n’y a pas d’avantage global significatif pour les femelles lors d’accouplements multiples; les grandes femelles ont un avantage en raison de leur capacité à résister aux accouplements inutiles.

À la suite de l’accouplement multiple des mâles, de multiples paternités ont été observées chez les espèces à la suite d’une polyandrie de commodité. L’hypothèse de la polyandrie de commodité est l’hypothèse qu’il y a un coût plus élevé pour les femelles lorsque, refusant les tentatives d’accouplement mâles que dans l’accouplement de choix. C’est la situation dans laquelle les femelles ajustent leur taux d’accouplement pour équilibrer les coûts du harcèlement masculin. Il a été suggéré que la polyandrie de commodité augmenterait lorsque les femmes sont plus faibles que les hommes, ce qui diminuerait les coûts de l’agression sexuelle. La polyandrie de commodité est observée chez plusieurs espèces d’arthropodes, comme les striders d’eau (Gerris buenoi).