Si ha un'alterazione del cromosoma 21, consistente nella sua trisomia, cioè nella presenza di tre sue copie, anziché le due presenti nei soggetti sani. Generalmente, alla malattia è associato un ritardo mentale più o meno grave. É possibile accertare in fase prenatale l'insorgenza della malattia eseguendo l'amniocentesi (verso la quattordicesima settimana di gravidanza) e/o il prelievo dei villi coriali (tra la nona e la dodicesima settimana di gravidanza), onde ottenere cellule fetali da sottoporre ad opportune analisi dei cromosomi. Nel primo caso si aspira un campione di liquido amniotico contenente le cellule del feto, attraverso un ago che attraversa la parete addominale. Il prelievo è seguito con l'ecografia, per valutare la posizione del bambino. Nel secondo caso, invece, le cellule del feto sono aspirate attraverso una cannula introdotta per via vaginale. Anche l'individuazione delle concentrazioni di particolari sostanze (ad esempio gonadotropina corionica e l'alfafetoproteina) nel sangue della madre possono attestare la presenza di un feto affetto da sindrome di Down. Tra le caratteristiche somatiche del soggetto Down ci sono il cranio piccolo a base piatta, la faccia rotonda con fronte tondeggiante, il naso piccolo con larghe narici, gli occhi "a mandorla", la lingua grossa e spesso sporta in fuori, il corpo tarchiato, gli arti corti, i palmi delle mani presentanti un unico solco trasversale e le piante dei piedi presentanti un unico solco longitudinale dal tallone allo spazio tra il primo e il secondo dito. I Down, inoltre, vanno particolarmente soggetti alle infezioni, alla leucemia ed ai difetti cardiaci congeniti. Molte delle manifestazioni della sindrome di Down possono essere tenute sotto controllo, attraverso opportuni programmi riabilitativi e mediante l'inserimento in normali corsi di studio, finalizzati allo svolgimento autonomo di alcune attività lavorative. I bambini Down possono svolgere tutte le attività svolte normalmente dagli altri bambini anche se in tempi più lunghi e con un grado dipendente dal livello della malattia.