我们通过细胞遗传学的一个特征，是第21号染色体呈三体症，其发生主要是由于亲代之一的生殖细胞在减数分裂，形成配子时，或受精卵在有丝分裂时，21号染色体发生不分离。由于单配体的患儿都不能存活，一般只能出现三体型号的，胚胎的体细胞内存在一条额外的21号染色体。 发病机制多是由孕妇高龄导致，卵细胞老化有关，父源之因大概占到5%，仅有极少数为家族遗传，父母之一是唐氏综合症的患者，其生殖细胞在减数分裂时形成次级不分离，由于本病那些患者不能生育，故不存在遗传子代的问题。