一、發病原因
本病征係性染色體異常，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。他們的睾酮水平可能較低，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於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於精子的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染色體數目愈多睾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，其機製不明。曾有學者推論X染色體的基因對睾丸發育有不利影響，因此本病征主要病理特點為曲精細管發育不全、小睾丸，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，此係原發抑或繼發於內分泌功能紊亂尚無定論。
睾丸是男性的重要性器官，是男性的性腺，睾丸長在陰囊裏，左右各一個，成年之後，每個睾丸的長約4—5厘米，寬有3厘米，厚有2.5厘米左右，容積是20—30毫升，睾丸內部分成了200—300個睾丸小葉，每個睾丸小葉裏有三到四根曲細精管，是產生精子的場所，每個睾丸小葉裏的曲細精管，互相彙集成睾丸網，由高王網發出10—15條睾丸輸出小管，穿出睾丸，最後會合成一條總的睾丸輸出小管，走向附睾。
二、發病機製
先天性睾丸發育不全是一種先天性睾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，然後經染色體檢查確診。
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。多餘的X染色體對睾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，睾丸發育不良程度越明顯，症狀越嚴重，智能發育越差，其他畸形也往往愈多。由於Y染色體有睾丸決定基因(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。
先天性睾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於細胞成熟分裂，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於精子的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%的患者是由於母體染色體不分離，40%是由於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。
由於X染色體的增多，致使睾丸未發育，陰莖短小，血漿睾酮降低，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，分泌抑製素減少之故。睾酮水平偏低，說明該病患者睾丸間質細胞分泌睾酮功能降低，這就必然使LH代償性升高。通過電鏡觀察，患者睾丸的間質細胞內有異常線粒體和內質網，這可能是幹擾睾酮生物合成障礙的物質基礎。
睾丸有兩個功能，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，但是由於遺傳疾病和營養等諸多因素，睾丸因人而異，當然有一些就大一些，有的就小一些，但隻要是在正常範圍內，一般稍微大一點，不表明性功能的強弱及生育能力的高低，不能簡單的用睾丸大小來判定，大一點就性功能強，小一點就性功能弱，還不隻是這樣。但是有個底線，假如睾丸容積小於10毫升，即表明睾丸發育不良或萎縮。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，小於10毫升這種睾丸，往往精液中找不到精子，先天性無精子症，或者精子減少，或者精子活動率極低。假如兩側睾丸均小於6毫升，睾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。
