Trisomija 21 nastaje kada beba ima tri, a ne tipične dvije kopije kromosoma 21 u svim svojim stanicama. Ova vrsta abnormalne diobe stanica događa se tijekom razvoja jajne stanice ili spermija. Trisomija 21 je daleko najčešći uzrok Downovog sindroma, jer se javlja u više od 90 posto slučajeva. Stanje nije nasljedno, niti su poznati uzroci okoline ili ponašanja. Od 2011. također nema lijeka.
Normalna ljudska stanica sadrži 23 para kromosoma ili niti u obliku niti deoksiribonukleinske kiseline (DNA) koji nose gene u linearnom redoslijedu. Svaki par se sastoji od jednog kromosoma od majke i drugog od oca, ukupno 46 kromosoma. Trisomija se događa kada postoje tri kopije kromosoma, a ne normalne dvije. Stoga, osoba rođena s tri umjesto dvije kopije kromosoma 21 u svakoj stanici ima trisomiju 21.
Tijekom tipične reprodukcije, jajna stanica i spermija započinju s 46 kromosoma ili 23 para prije nego što se podvrgnu diobi stanice. Tijekom ove podjele, 46 kromosoma podijeljeno je na pola, tako da jajna stanica i spermija završavaju s 23 kromosoma, ili jednom kopijom svakog para. Kada stanica spermija oplodi jajnu stanicu, 23 kromosoma u svakom se kombiniraju kako bi napravili kompletan set od 46 kromosoma ili 23 nova para.
Trisomija 21 može se dogoditi kada jajna stanica ili spermija s 46 kromosoma koja je podijeljena na pola zadrži oboje umjesto jedne kopije kromosoma 21. Ako se ovo jaje ili spermija zatim oplodi, dijete će imati tri kopije kromosoma 21 u svakoj stanica: dvije iz abnormalne stanice i jedna iz normalne stanice. Ova dodatna kopija kromosoma 21 uzrokuje Downov sindrom.
Kako je trisomija 21 uzrokovana abnormalnom diobom stanica, ne smatra se nasljednim stanjem. Izvor ove kromosomske pogreške nije shvaćen, ali nijedna znanstvena studija ne sugerira da bilo koji roditelj može učiniti nešto da to izazove ili spriječi. Ne postoji poznati lijek za genetsko stanje, ali programi rane intervencije specifični za djecu s Downovim sindromom mogu pomoći u razvoju kognitivnih, senzornih i motoričkih vještina.
Kromosomska abnormalnost poput trisomije 21 može se otkriti dok je dijete u maternici analizom amnionske tekućine ili stanica iz posteljice. Amniocenteza, uzorkovanje korionskih resica i perkutano vađenje krvi iz pupčane krvi dijagnostički su testovi koji se mogu provesti tijekom trudnoće za dijagnosticiranje Downovog sindroma. Ove vrste analiza općenito su mnogo točnije od ultrazvuka fetusa, ali mogu predstavljati rizik od pobačaja.
Kromosom 21 je najmanji ljudski kromosom i vjeruje se da sadrži otprilike 300 do 400 gena. Osim Downovog sindroma, geni na kromosomu 21 povezani su s drugim bolestima, uključujući Alzheimerovu bolest, Romano-Wardov sindrom i nesindromsku gluhoću. Neki karcinomi, kao što je akutna limfoblastna leukemija, povezani su s translokacijom genetskog materijala između drugih kromosoma i kromosoma 21.