Kromozomlar, hem anneden hem de babadan alınan çift sarmallı DNA'nın çeşitli proteinler etrafında sarılarak hücre bölünmesi aşamasında görülebilir hale gelen, yaklaşık 10.000 kat yoğunlaşmış yapılarıdır. Sağlıklı bir erkekte normal kromozom sayısı 46 olup, cinsiyet kromozomları X ve Y olarak belirtilir ve 46,XY şeklinde gösterilir. Klinefelter sendromunda ise en az bir fazladan X kromozomu mevcuttur. Bu ekstra X kromozomu anneden veya babadan kaynaklanabilir. Bu fazlalığın temel nedeni, ebeveynlerin genetik taşıyıcılığından ziyade, yumurta veya sperm hücrelerinin oluşumu sırasında kromozomların düzgün bir şekilde ayrılamaması (non-disjunction) durumudur.