กลุ่มอาการดาวน์เกิดจากการมีโครโมโซมคู่ที่ 21 เพิ่มเติมในเซลล์ของบุคคล สำเนาพิเศษนี้ได้มาโดยบังเอิญและแม้ว่าดาวน์ซินโดรมจะพบได้บ่อยในทารกที่เกิดจากมารดาที่มีอายุมากกว่า แต่มารดาทุกวัยอาจมีทารกที่มีภาวะนี้ได้ โดยปกติแล้วมนุษย์จะมีโครโมโซม 46 แท่งในทุกเซลล์ โดย 23 โครโมโซมได้รับมาจากพ่อแม่แต่ละคน เนื่องจากมีสำเนาโครโมโซมคู่ที่ 21 เพิ่มขึ้น คนที่เป็นดาวน์ซินโดรมจึงมีโครโมโซม 47 แท่งในเซลล์ ดีเอ็นเอเพิ่มเติมนี้ทำให้เกิดลักษณะทางกายภาพและปัญหาพัฒนาการที่เกี่ยวข้องกับโรค ดาวน์ซินโดรม เป็นภาวะที่รักษาไม่หาย แต่มีเด็กจำนวนมากที่มีอาการนี้ที่เติบโตขึ้นเพื่อมีชีวิตที่สมบูรณ์ ดาวน์ซินโดรมสามารถระบุได้ก่อนคลอดโดยใช้การตรวจคัดกรองก่อนคลอดและการทดสอบเพิ่มเติมเพื่อยืนยันความเป็นไปได้ที่เด็กจะเกิดมาพร้อมภาวะนี้ เพื่อตรวจหาความเป็นไปได้ของดาวน์ซินโดรม จำนวนและลักษณะของโครโมโซมที่อยู่ในนิวเคลียสจะได้รับการประเมินโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าคาริโอไทป์