У всех богомолов присутствует половой димофизм, то есть самцы и самки отличаются внешне. Самый надежный способ определить пол богомола — подсчитать сегменты с нижней стороны брюшка. У самцов их 8, а у самок видно всего 6, поскольку два последних (7 и 8) закрывает широкая субгенитальная пластина. Вырастает эта пластина у самок только к 3-4 стадии, поэтому определение пола обычно возможно именно с этих возрастов. Иногда на сегментах брюшка есть шипы, которые облегчают подсчет.
Также, существуют и друге способы определения пола насекомого, в основном, на взрослой стадии. Чаще всего у самцов гораздо более длинные и толстые антенны (а у представителей семейства Empusidae они вообще перистые), чем у самок, а также более изящное узкое тело и хорошо развитые крылья.
У видов с неполнокрылыми самками, самцы обычно полнокрылые, поскольку им необходима возможность летать в поисках самки. По той же причине у самцов длинные и толстые антенны.
На стадии нимфы и на имаго, у некоторых видов есть внешние различия между полами. Например, у богомолов-призраков (Phyllocrania paradoxa) различаются формы головного выроста, у самки он короткий и широкий, у самца — длинный и более изломанный. А у видов рода Deroplatys самцы и самки отличаются формой переднеспинки.