21三体综合征主要是由染色体异常导致的，具体来说是在减数分裂时21号染色体不分离所致，这种情况发生的概率大约在新生儿中的1/700 - 1/800。
染色体异常因素
卵子方面：女性年龄是一个重要因素，随着孕妇年龄增大，尤其是35岁以上的孕妇，卵子发生减数分裂时，21号染色体不分离的几率会明显增加。比如，35岁孕妇生育21三体综合征患儿的风险大约是1/350，而40岁以上孕妇风险能达到1/100左右。精子方面：虽然男性精子异常导致21三体综合征的情况相对女性卵子少，但父亲年龄过大，也可能使精子在形成过程中21号染色体出现不分离的情况，不过相对女性因素来说，影响程度稍低。
遗传因素相关
家族遗传史：如果家族中有过21三体综合征患儿的生育史，那么再次生育时，后代患21三体综合征的风险会高于正常人群。因为遗传物质中可能存在一些潜在的导致染色体不分离的因素，使得家族中再次出现染色体异常的概率增加。平衡易位携带者：如果夫妻一方是21号染色体与其他染色体的平衡易位携带者，那么他们孕育21三体综合征患儿的风险也会升高。平衡易位携带者虽然自身染色体总数正常，但染色体的结构发生了改变，在生殖细胞形成过程中，就容易导致21号染色体分配异常，从而增加胎儿患21三体综合征的几率。
环境因素影响
化学物质接触：孕妇在孕期长期接触一些化学物质，像苯、甲醛等。这些化学物质可能会损伤生殖细胞的染色体，增加21号染色体不分离的可能性。例如，在一些化工厂工作的孕妇，长期接触工业化学制剂，其生育21三体综合征患儿的风险比普通人群要高。辐射暴露：孕期受到大剂量的辐射照射，比如在放射科工作或者接受过放疗等情况，辐射会破坏染色体的结构和功能，导致21号染色体出现异常分离，进而使胎儿患21三体综合征的风险大幅上升。一般来说，孕妇接受超过一定剂量的辐射，如腹部受到100毫西弗以上的辐射，就会明显增加胎儿患染色体异常疾病的风险。