发生机制涉及染色体不分离（chromosome disjunction），即配子形成中细胞染色体第一次减数分裂不分离（初级不分离），导致子细胞含多余染色体，破坏了遗传物质间的平衡。不分离现象由于母源之因者占病例总数95％，此与孕妇高龄导致卵细胞老化有关；父源之因者占5％。仅有极少数为家族遗传（父母之一是DS患者），其生殖细胞在减数分裂时形成次级不分离。由于本病男性患者不能生育，故不存在遗传子代的问题。其核型特征为47，XX，+21或47，XY，+-21。