Die Erbanlagen des Menschen liegen nicht verstreut in den Zellkernen, sondern geordnet auf den Chromosomen. Hiervon besitzt jeder Zellkern üblicherweise 46 Stück. 44 Chromosomen bilden 22 Chromosomenpaare (Körperchromosomen oder Autosomen) und 2 Chromosomen sind Geschlechtschromosomen (Gonosomen). Männer haben normalerweise ein X- und ein Y- Chromosom, haben also den Chromosomensatz 46,XY, während Frauen zwei X-Chromosomen haben: 46,XX. Je ein Geschlechtschromosom wird von den Eltern an das Kind weitervererbt. Zum Klinefelter-Syndrom kommt es, wenn bei Jungen in den Körperzellen ein zusätzliches X- Chromosom vorliegt. Die Zellen haben damit 47 (47-XXY) statt der üblicherweise 46 Chromosomen. Die Fehlverteilung der Chromosomen kann sich in der mütterlichen Eizellbildung, in der väterlichen Samenzellbildung oder kurz nach der Befruchtung ereignet haben.
