21三体综合征主要是由染色体异常导致的，正常人体细胞有23对染色体，而21三体综合征患者的第21号染色体多了一条，发生率约为新生儿的1/700~1/600。
染色体不分离是主要原因
生殖细胞减数分裂期错误： 在卵细胞形成过程中，减数分裂时21号染色体不分离是常见的情况。比如，卵母细胞在减数分裂Ⅰ期，21号染色体未能正常分离，导致形成含有两条21号染色体的卵细胞，当这个卵细胞与正常精子结合后，就会形成21三体综合征的受精卵。受精卵有丝分裂期错误： 受精卵在有丝分裂过程中，21号染色体发生不分离，也会造成部分细胞有三条21号染色体，从而引发21三体综合征。不过这种情况相对生殖细胞减数分裂期错误发生概率较低。
母亲年龄是重要危险因素
高龄产妇风险高： 母亲年龄越大，孕育21三体综合征患儿的风险越高。数据显示，25岁孕妇生育21三体综合征患儿的概率约为1/1300，35岁时上升到1/350左右，40岁时则接近1/100，45岁以上甚至可高达1/30。年轻母亲也不能完全排除： 虽然年轻母亲生育21三体综合征患儿的概率相对较低，但并非绝对安全。因为即便母亲年龄较小，生殖细胞在形成过程中仍可能出现染色体不分离的情况，只是发生概率相对高龄产妇要低一些。
遗传因素的影响
家族遗传倾向： 如果家族中有过21三体综合征患儿，那么再次生育时，后代患病的风险会比普通人群高。这是因为存在遗传易感性，家族中可能携带一些与染色体稳定相关的基因缺陷，增加了子代发生染色体异常的几率。平衡易位携带者： 父母一方是21号染色体平衡易位携带者，比如携带者的染色体核型为45,XX（XY）,-21,+t(21q21q)，那么他们生育21三体综合征患儿的风险也会明显升高。平衡易位携带者虽然自身染色体总数正常，但染色体结构发生了改变，在生殖细胞形成过程中容易导致染色体分离异常，从而使后代出现21三体综合征。