Trisomia 21 powstaje, gdy dziecko ma trzy, a nie typowe dwie kopie chromosomu 21 we wszystkich swoich komórkach. Ten rodzaj nieprawidłowego podziału komórek występuje podczas rozwoju komórki jajowej lub plemnika. Trisomia 21 jest zdecydowanie najczęstszą przyczyną zespołu Downa, ponieważ występuje w ponad 90 procentach przypadków. Choroba nie jest dziedziczna, ani nie są znane żadne przyczyny środowiskowe lub behawioralne. Od 2011 roku nie ma również lekarstwa.
Normalna komórka ludzka zawiera 23 pary chromosomów lub nitkowatych nici kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), które przenoszą geny w kolejności liniowej. Każda para składa się z jednego chromosomu od matki osoby, a drugiego od ojca, co daje łącznie 46 chromosomów. Trisomia pojawia się, gdy istnieją trzy kopie chromosomu, a nie normalne dwie. Dlatego osoba urodzona z trzema, a nie dwiema kopiami chromosomu 21 w każdej komórce ma trisomię 21.
Podczas typowej reprodukcji komórki jajowe i plemniki zaczynają się od 46 chromosomów lub 23 par, zanim przejdą podział komórkowy. Podczas tego podziału 46 chromosomów jest dzielonych na pół, tak że komórka jajowa i plemnik kończą się 23 chromosomami, czyli jedną kopią każdej pary. Kiedy plemnik zapładnia komórkę jajową, 23 chromosomy w każdym z nich łączą się, tworząc kompletny zestaw 46 chromosomów, czyli 23 nowe pary.
Trisomia 21 może wystąpić, gdy komórka jajowa lub plemnik z 46 chromosomami, która jest podzielona na pół, zachowuje oba zamiast jednej kopii chromosomu 21. Jeśli ta komórka jajowa lub plemnik zostanie następnie zapłodzona, dziecko będzie miało trzy kopie chromosomu 21 w każdym komórka: dwie z nieprawidłowej komórki i jedna z normalnej komórki. Ta dodatkowa kopia chromosomu 21 powoduje zespół Downa.
Ponieważ trisomia 21 jest spowodowana nieprawidłowym podziałem komórek, nie jest uważana za stan dziedziczny. Źródło tego błędu chromosomalnego nie jest zrozumiałe, ale żadne badanie naukowe nie sugeruje, że którykolwiek z rodziców może coś zrobić, aby to spowodować lub zapobiec. Nie ma znanego lekarstwa na tę chorobę genetyczną, ale programy wczesnej interwencji specyficzne dla dzieci z zespołem Downa mogą pomóc w rozwoju zdolności poznawczych, sensorycznych i motorycznych.
Anomalia chromosomalna, taka jak trisomia 21, może zostać wykryta, gdy dziecko jest w macicy, analizując płyn owodniowy lub komórki z łożyska. Amniopunkcja, biopsja kosmówki i przezskórne pobieranie krwi pępowinowej to testy diagnostyczne, które można wykonać podczas ciąży w celu zdiagnozowania zespołu Downa. Tego typu analizy są na ogół znacznie dokładniejsze niż USG płodu, ale mogą stwarzać ryzyko poronienia.
Chromosom 21 jest najmniejszym ludzkim chromosomem i uważa się, że zawiera około 300 do 400 genów. Oprócz zespołu Downa geny na chromosomie 21 są związane z innymi chorobami, w tym z chorobą Alzheimera, zespołem Romano-Warda i głuchotą niesyndromiczną. Niektóre nowotwory, takie jak ostra białaczka limfoblastyczna, są związane z translokacją materiału genetycznego między innymi chromosomami a chromosomem 21.