In 95% van alle gevallen is er sprake van trisomie-21. Dit betekent, dat er in elke cel drie in plaats van twee exemplaren van chromosoom 21 zitten. Bij de vorming van de geslachtscel, vaak de eicel, zijn er twee chromosomen 21 in plaats van één in de kern terechtgekomen, doordat de twee chromosomen 21 bij de reductiedeling niet van elkaar los zijn geraakt. Na de bevruchting waren er hierdoor drie. Bij het verouderen van de eicellen komt zo’n afwijking aanzienlijk meer voor. Wanneer de moeder een gevorderde leeftijd heeft, maar voornamelijk vanaf 36 jaar, stijgt de kans op de geboorte van een kind met het syndroom van Down behoorlijk. Boven de 40 jaar is dit risico zelfs een aantal procenten. Hoewel echter het risico op een kind met het syndroom van Down groter is bij oudere moeders, worden de meeste kinderen met dit syndroom toch uit jonge moeders geboren. Er is overigens eveneens een gering verband tussen het ontstaan van het syndroom van Down en de leeftijd van de vader.
Bij vier porcent van de mensen met Downsyndroom is er sprake van een * translocatie van chromosoom 21. Daarbij zit er eveneens een derde chromosoom 21 in elke cel, maar dit ligt deze niet los in de celkern, maar zit vast aan chromosoom 14, of er zitten twee chromosomen 21 aaneen vast. Het is verder mogelijk dat een ouder een *gebalanceerde translocatie had. Bij deze ouder zat dan één van de chromosomen 21 vast aan chromosoom 14, of zaten er twee chromosomen 21 aaneen. Als echter het totaal aantal exemplaren van chromosoom 21 in elke celkern twee blijft, is er met een drager zelf vaak niets aan de hand. Hun kinderen lopen echter een groter risico op het syndroom van Down. In de meeste gevallen zijn de ouders echter geen drager of zijn dit zonder dat zij het zelf weten of merken.