21三体综合征主要是由染色体异常导致的，具体来说是人体细胞第21对染色体多了一条。正常人体细胞的染色体是23对（46条），而21三体综合征患者的第21对染色体变成了3条，约占新生儿染色体病的70%。
染色体异常的来源
母亲卵细胞异常： 母亲年龄是一个重要因素，随着母亲年龄增大，尤其是35岁以上的孕妇，卵细胞在减数分裂时发生不分离的概率增加。有研究表明，25 - 29岁孕妇生出21三体综合征患儿的概率约为1/1500，而40 - 44岁孕妇生出患儿的概率上升到1/100左右，45岁以上则可高达1/50。父亲精子异常： 父亲的精子在形成过程中，也可能出现染色体不分离的情况，但相对母亲来说，父亲精子异常导致21三体综合征的概率较低。
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，那么再次生育时，后代患病的风险会高于普通人群。虽然这种遗传因素导致的概率不是很高，但如果家族中有相关病史，孕妇在孕期需要更加密切地进行产前筛查。例如，家族中曾有1例21三体综合征患儿，再次妊娠时，胎儿患病风险比无家族史的孕妇高10倍左右。
环境因素影响
化学物质接触： 孕妇在孕期接触一些化学物质，如苯、甲醛等。长期处于含有这些化学物质的环境中，可能会增加胎儿发生染色体异常的风险。比如，长期在新装修且未充分通风的房间居住的孕妇，接触甲醛等化学物质的机会增多，胎儿患21三体综合征等染色体疾病的可能性会有所上升。辐射暴露： 孕妇接受大剂量的辐射，像在放射科工作或者短时间内接受过高剂量的医疗辐射等，会损伤卵细胞或精子的染色体，导致胎儿染色体异常。一般来说，孕妇腹部接受超过100毫西弗的辐射剂量，就可能对胎儿染色体产生不良影响。