21三体综合征主要是由于染色体异常引起的，具体来说是在减数分裂形成生殖细胞时，或受精卵有丝分裂过程中，21号染色体发生不分离，导致胚胎体细胞内多了一条21号染色体。据统计，新生儿中21三体综合征的发生率约为1/700~1/800。
染色体不分离的发生情况
生殖细胞形成时： 在卵细胞形成过程中，若减数分裂Ⅰ后期21号染色体不分离，就会产生含有两条21号染色体的卵细胞，与正常精子结合后，受精卵就会有三条21号染色体。这种情况在高龄孕妇中发生的概率相对较高，随着孕妇年龄增大，卵子老化，发生染色体不分离的风险会明显增加。比如，35岁以上孕妇生育21三体综合征患儿的风险显著高于35岁以下孕妇。受精卵有丝分裂时： 受精卵在早期有丝分裂过程中，21号染色体发生不分离，也会导致部分体细胞含有三条21号染色体，从而引发21三体综合征。不过这种情况相对较少见。
遗传因素相关情况
虽然大部分21三体综合征是散发的，但也有少数有家族史的情况。如果家族中有过21三体综合征患儿，那么再次生育时，复发风险会比一般人群高。比如，若父母一方是平衡易位携带者，其生育21三体综合征患儿的风险就会明显高于正常人群。平衡易位携带者自身染色体数目正常，但染色体结构发生了改变，在形成生殖细胞时，就容易产生异常的配子，导致后代出现染色体异常疾病。
环境因素的影响
一些环境因素也可能会增加21三体综合征的发生风险。比如，孕妇在妊娠早期接触某些化学物质，像苯、甲醛等，这些化学物质可能会干扰染色体的正常分离过程；孕妇接触辐射，如X射线等，也可能导致生殖细胞或受精卵的染色体发生畸变；孕妇感染某些病毒，如风疹病毒等，也可能影响胎儿染色体的正常发育，增加21三体综合征的发生几率。但需要注意的是，环境因素通常是协同其他因素共同起作用，单独由环境因素导致21三体综合征的情况相对较少见。