细胞遗传学研究发现，在21号染色体长臂的21q22区有三体的个体，其临床表现与唐氏综合征完全一样，而相反，该区无三体的个体却没有这种典型症状。据此推断，21q22区域可能是唐氏综合征的遗传关键区域，也被称为唐氏综合征区域。唐氏综合症患儿的核型可分为三种类型：
（1）标准型占所有病例的95%。患儿有47条体细胞染色体，另有一条21号染色体，核型为47，XX（或XY），+21。
（2）易位型 占所有病例的2.5%～5%，患儿共有46条染色体，多为Robertsonian易位，是发生在近端有丝分裂染色体的相互易位，多为D/G易位，D组中以14号染色体为主，即。即核型为46，XX（或XY），-14，+t（14q21q）；少数为15号染色体易位，这种类型的易位儿童约有一半是遗传的，即。即在父母一代中有平衡易位染色体的携带者。另一种类型是G/G易位，这种类型不太常见，是由于G组的两条21号染色体与有丝分裂融合，形成等臂染色体t（21q21q），或一条21号染色体向一条22号染色体易位。
（3）嵌合体表型占该综合征的2%～4%。患儿有2个或更多的细胞株（其中2个最常见），一个正常，另一个为三体21。临床表现的严重程度与正常细胞的百分比有关，可以从接近正常到典型的表型，三体21型细胞株的百分比越高，智力低下和畸形的程度就越大。
