一、發病原因
本病征系性染色體異常，多數患者多了一個X染色體，故最常見的外周血白細胞染色體核型是47，XXY，或為嵌合體47，XXY/46，XX或47，XXY/48，XXXY，甚至有更多的X染色體，如49，XXXXY。口腔黏膜X小體檢查陽性者在XXY核型中占93%。
XXY三體：男性有兩條X染色體。他們的睪酮水平可能較低，胸部發育接近女性。較罕見的情況如XXXY或XXXXY都有。
本病征的各種核型是由于細胞成熟分裂或受精卵在卵裂中發生的性染色體或性染色單體不分離的結果，從染色體基因標記研究示卵子細胞不分離多于精子的2倍。上述性染色體畸形，以高齡婦女妊娠中機會為多，可因卵細胞的衰老、著絲點縱裂動力減弱或紡錘絲迷向的緣故。有跡象示本病征中X染色體數目愈多睪丸曲細精管玻璃樣變性、間質增生纖維化愈嚴重，智力發育亦愈受累，其機制不明。曾有學者推論X染色體的基因對睪丸發育有不利影響，因此本病征主要病理特點為曲精細管發育不全、小睪丸，不能產生精子或精子極稀少，故不生育。間質細胞呈腺瘤樣叢集，其細胞內所含脂類物質及分泌顆粒減少，有些病例有腦電圖檢查異常，提示有輕微器質性腦功能損害，此系原發抑或繼發于內分泌功能紊亂尚無定論。
睪丸是男性的重要性器官，是男性的性腺，睪丸長在陰囊里，左右各一個，成年之后，每個睪丸的長約4—5厘米，寬有3厘米，厚有2.5厘米左右，容積是20—30毫升，睪丸內部分成了200—300個睪丸小葉，每個睪丸小葉里有三到四根曲細精管，是產生精子的場所，每個睪丸小葉里的曲細精管，互相匯集成睪丸網，由高王網發出10—15條睪丸輸出小管，穿出睪丸，最后會合成一條總的睪丸輸出小管，走向附睪。
二、發病機制
先天性睪丸發育不全是一種先天性睪丸生精發育不全或不發育的疾病，患者常因不育或體檢外生殖器不發育而就診，然后經染色體檢查確診。
該病不同類型的共同特征是性染色體比正常的XY多1個或1個以上的X染色體。多余的X染色體對睪丸及體征均有不良影響，尤其對體征影響更甚。X染色體越多，睪丸發育不良程度越明顯，癥狀越嚴重，智能發育越差，其他畸形也往往愈多。由于Y染色體有睪丸決定基因(TDF)，該病患者均有Y染色體，因此患者表型為男性，但超過正常的X染色體導致不同程度的女性化。
先天性睪丸發育不全的染色體核型較多，1987年在國內王德芬等報道的62例中，47，XXY占71.0%，47，XXY/46，XY嵌合體占24.2%，48，XXXY及48，XXYY各約3.2%和1.6%。這些核型的形成是由于細胞成熟分裂，或受精卵在卵裂中發生的性染色體或性染色單體不分離的結果。染色體基因標記研究提示，卵子細胞的不分離多于精子的2倍。性染色體畸變，以高齡孕婦妊娠中機會為多，可因卵細胞的衰老，著絲點縱裂動力減弱或紡錘絲迷向的緣故，導致親代在生殖細胞形成過程中發生了性染色體不分離。有分析表明，60%的患者是由于母體染色體不分離，40%是由于父體染色體不分離所致。成熟分裂過程中染色體不分離約有83%的可能發生在第1次減數分裂，17%的可能發生在第2次減數分裂。
由于X染色體的增多，致使睪丸未發育，陰莖短小，血漿睪酮降低，FSH、LH升高;雄性激素分泌不足，FSH升高可能是因為支持細胞損傷，分泌抑制素減少之故。睪酮水平偏低，說明該病患者睪丸間質細胞分泌睪酮功能降低，這就必然使LH代償性升高。通過電鏡觀察，患者睪丸的間質細胞內有異常線粒體和內質網，這可能是干擾睪酮生物合成障礙的物質基礎。
睪丸有兩個功能，其一就是產生精子，使男性有生育能力，其二就是分泌雄性激素，通過血液循環作用使男子產生性欲，出現和維持男性的第二性征，但是由于遺傳疾病和營養等諸多因素，睪丸因人而異，當然有一些就大一些，有的就小一些，但只要是在正常范圍內，一般稍微大一點，不表明性功能的強弱及生育能力的高低，不能簡單的用睪丸大小來判定，大一點就性功能強，小一點就性功能弱，還不只是這樣。但是有個底線，假如睪丸容積小于10毫升，即表明睪丸發育不良或萎縮。這時候受影響較大的當然在生精這塊影響就很大了，一般這種情況，小于10毫升這種睪丸，往往精液中找不到精子，先天性無精子癥，或者精子減少，或者精子活動率極低。假如兩側睪丸均小于6毫升，睪丸中分泌雄激素的間質細胞也就會受到影響，這時候不僅生精受到影響，分泌雄性激素的間質細胞也可能受到影響，就影響了性功能。
