13-三体综合征是由于患者的染色体核型中多了一条额外的13号染色体而导致的严重染色体病。发病原因主要是染色体发生异常不分离现象、不平衡的罗伯逊易位、嵌合现象。
1、异常不分离：受精卵在进行细胞分裂时，本应该正常分裂引起染色体减半，但是出现13号染色体发生异常不分离现象，从而引起13-三体综合征。额外的13号染色体多来源于母亲第一次减数分裂时不分离，在高龄（≥35岁）孕妇中发病率明显增高，且孕妇的年龄越大，此病的风险率越高。
2、不平衡的罗伯逊易位：不平衡的罗伯逊易位（又称着丝粒融合，发生于邻近的着丝粒染色体异常结合），导致细胞内存在两条正常的13号染色体和另一条13号染色体异常结合，引起13-三体综合征。
3、嵌合现象：嵌合现象导致一些细胞中有三条13号染色体，另一些细胞中存在两条13号染色体，引起13-三体综合征。嵌合是细胞发生分裂却没分离的结果，与母亲的年龄无关。
除了以上原因，还有一些其他因素也可能导致发育异常，比如物理射线、化学药物等。