Turner综合征主要是由于染色体异常引起的，具体来说是女性的性染色体缺失或结构异常。正常女性的染色体核型是46,XX，而Turner综合征患者的染色体核型常见为45,X，即缺少一条X染色体，约占全部病例的55%；还有部分患者是染色体结构异常，比如X染色体长臂或短臂缺失等情况。
染色体数目异常导致
单体型： 最常见的是45,X，也就是细胞内只有一条X染色体，缺少了另一条X染色体。这种染色体数目异常使得基因数量不足，影响了正常的生长发育过程，从而引发Turner综合征相关的一系列表现，像身材矮小、性腺发育不全等。嵌合型： 部分细胞是正常的46,XX，部分细胞是45,X，这种嵌合情况相对来说症状可能没那么典型，但也会出现Turner综合征的一些特征，比如身材可能较矮小，或者伴有性腺发育方面的问题等。
染色体结构异常导致
X染色体长臂缺失： 如果X染色体的长臂发生部分缺失，就可能影响相关基因的功能，进而导致Turner综合征的表现出现。例如，缺失了某些与生长发育、性腺发育等密切相关的基因区域，就会引发相应的临床症状。X染色体短臂缺失： X染色体短臂的缺失同样会影响相关基因的正常功能，使得身体在生长、生殖等方面出现异常，符合Turner综合征的发病机制。
遗传因素相关
虽然Turner综合征主要是由于染色体的随机异常导致，但也有一定的遗传背景相关情况。不过大部分是由于在生殖细胞形成过程中发生了染色体不分离等异常情况，而不是由父母直接遗传的明确的致病基因导致。也就是说，大多数病例是在卵子或精子形成时出现染色体分离错误，从而导致胎儿出现Turner综合征相关的染色体异常情况。