गुणसूत्र (क्रोमोसोम) वे संरचनाएँ हैं जो कोशिका विभाजन के दौरान दिखाई देती हैं। ये माता और पिता दोनों से प्राप्त दोहरी-स्ट्रैंड डीएनए से बने होते हैं, जो विभिन्न प्रोटीनों के चारों ओर लिपटे होते हैं और लगभग 10,000 गुना संघनित होते हैं। एक स्वस्थ पुरुष में आमतौर पर 46 गुणसूत्र होते हैं, जिसमें X और Y लिंग गुणसूत्रों को 46,XY के रूप में दर्शाया जाता है। क्लाइनफेल्टर सिंड्रोम में, कम से कम एक अतिरिक्त X गुणसूत्र मौजूद होता है। यह अतिरिक्त X गुणसूत्र या तो माता से या पिता से आ सकता है। इस अतिरिक्त गुणसूत्र का मुख्य कारण माता-पिता की आनुवंशिक वाहक स्थिति नहीं है, बल्कि अंडे या शुक्राणु कोशिकाओं के निर्माण के दौरान गुणसूत्रों का ठीक से अलग न होना (गैर-पृथक्करण) है।