唐氏综合症主要是由染色体异常引起的，具体来说是人体第21对染色体多了一条，也就是出现了3条21号染色体，医学上称为21-三体综合征。据统计，孕妇年龄越大，胎儿患唐氏综合症的风险越高，比如35岁以上孕妇生育唐氏患儿的概率会明显增加。
染色体异常的成因
母亲因素： 卵子形成过程中染色体不分离是常见原因。随着女性年龄增长，卵子质量下降，发生染色体不分离的几率会增加。例如，25岁女性生育唐氏儿的概率约为1/1300，而40岁时则上升到1/100左右。父亲因素： 父亲的精子形成过程中染色体也可能发生不分离，但相对母亲来说，父亲因素导致的概率较低，但也不可忽视。
其他相关因素
遗传因素： 虽然大部分唐氏综合症是由于偶然的染色体异常导致，但少数情况下也可能有遗传因素参与。比如家族中有唐氏综合症患者的亲属，再发风险会有所升高。环境因素： 一些环境因素可能会增加染色体异常的风险，不过目前确切的环境诱因还不十分明确，但长期接触辐射、化学毒物等可能会对生殖细胞的染色体产生影响，从而增加胎儿患唐氏综合症的可能性。例如长期处于高辐射工作环境中的夫妇，孕育唐氏儿的风险可能会高于正常人群。