Les chromosomes sont des structures visibles lors de la division cellulaire, formées par l'ADN double brin, hérité de la mère et du père, enroulé autour de diverses protéines et condensé environ 10 000 fois. Un homme en bonne santé possède généralement 46 chromosomes, avec les chromosomes sexuels X et Y, désigné par 46,XY. Dans le syndrome de Klinefelter, il y a au moins un chromosome X supplémentaire. Ce chromosome X supplémentaire peut provenir de la mère ou du père. La cause principale de cet excès n'est pas le statut de porteur génétique des parents, mais plutôt l'échec des chromosomes à se séparer correctement (non-disjonction) pendant la formation des ovules ou des spermatozoïdes.