Ở người, nguyên nhân gây hội chứng Down sơ cấp là do sự không phân li của cặp NST số 21 trong quá trình hình thành trứng. Trứng mang 2 NST số 21 thụ tinh với tinh trùng bình thường hình thành hợp tử mang 3 NST 21, phát triển thành cơ thể mang hội chứng Down. Quá trình này thường gặp ở những người mẹ sinh con khi lớn tuổi, không mang tính di truyền theo gia đình.

Tuy nhiên, có khoảng 4% người mang hội chứng Down thứ cấp là do di truyền và mang tính chất phả hệ trong gia đình. Nguyên nhân của hiện tượng này là do đột biến chuyển đoạn NST 14 – 21. Những người mang đột biến chuyển đoạn có 45 NST, trong đó 1 NST 21 gắn với NST số 14 hình thành 1 NST dài (14 – 21), có kiểu hình và sinh sản bình thường.

Trong quá trình hình thành giao tử ở người mang NST chuyển đoạn 14 – 21, các NST 21 và NST 14 phân li theo 3 cách với xác suất như nhau:

Cách 1: NST chuyển đoạn 14 – 21 đi về một giao tử và giao tử còn lại mang đồng thời 1 NST 21 và 1 NST 14.

Cách 2: NST chuyển đoạn 14 – 21 và NST 21 phân li về cùng một giao tử, giao tử còn lại chỉ mang 1 NST 14.

Cách 3: NST 14 – 21 và NST 14 phân li về cùng một giao tử, giao tử còn lại chỉ mang 1 NST 21.

Sự thụ tinh giữa giao tử có chứa đồng thời 1 NST 14 – 21, 1 NST số 21 với giao tử bình thường có chứa 1 NST số 14, 1 NST số 21 hình thành hợp tử có 46 NST nhưng dư một phần NST số 21, do đó phát sinh thành thể Down.

Đột biến chuyển đoạn NST là