Los cromosomas son estructuras visibles durante la división celular, formadas por ADN de doble hebra, heredado tanto de la madre como del padre, que se enrolla alrededor de diversas proteínas y se condensa aproximadamente 10.000 veces. Un hombre sano tiene típicamente 46 cromosomas, con los cromosomas sexuales X e Y, denotado como 46,XY. En el síndrome de Klinefelter, existe al menos un cromosoma X adicional. Este cromosoma X extra puede provenir de la madre o del padre. La causa principal de este exceso no es el estado de portador genético de los padres, sino más bien el fallo de los cromosomas para separarse correctamente (no disyunción) durante la formación de óvulos o espermatozoides.