染色体异常引起的疾病称为染色体病。现已发现的染色体病有100余种，染色体病在临床上常可造成流产、先天愚型、先天性多发畸形以及癌肿等。而在早期自然流产时约有50%～60%是由染色体异常所致。
变异与第二性征异常/性发育障碍/智力低下有关
在不孕症、多发性流产和畸胎等有生殖功能障碍的夫妇中至少有7%～10%是染色体异常的携带者。常见的有染色体结构异常，如平衡易位（balanced translocation）和倒位（inversion）以及数量异常。平衡易位和倒位由于无基因的丢失，携带者本身常并不发病，却可因其生殖细胞染色体异常而导致不孕症、流产和畸胎等生殖功能障碍。女性如有原发性闭经、性腺发育不良伴身材矮小、肘外翻、盾状胸和智力低下，阴毛、腋毛少或缺如，后发际低，不育等，应考虑X染色体异常。早期发现这些异常并给予适当治疗可使第二性征得到一定程度的改善。对于外生殖器分化模糊，如阴茎伴尿道下裂或阴蒂肥大，根据生殖器外观常难以正确决定性别的患者，通过性染色体的检查有助于作出明确诊断。
多发性畸形和智力低下的常见临床特征是头小、毛发稀而细、眼距宽、耳位低、短颈、鼻塌而短、外生殖器发育不良、腭裂、肌张低下或亢进、癫痫、通贯掌、肛门闭锁、身材矮小、发育迟缓、眼裂小、发际低、持续性新生儿黄疸及青斑、眼睑下垂、心脏畸形、肾脏畸形、虹膜或视网膜缺损等。
某些极端性行为异常提示染色体病。身材高大、性情凶猛和有攻击性行为的男性可能为性染色体异常者。该病的发病率占一般男性人群的1/750，患者多数表型正常，即健康情况良好，常有生育能力，男性如出现身材修长、四肢细长、阴茎小、睾丸不发育和精液中无精子者，有时还可以伴有智力异常，应通过染色体检查确定是否患有Klinefelter综合征。
长期接触辐射、化学药物、病毒等可以引起染色体断裂，断裂后的片段未在原来的位置上重接，将形成各种结构异常的染色体，如缺失、易位、倒位、重复、环形染色体等，这些畸变如发生在体细胞可引起相应疾病。如畸变发生在生殖细胞就发生遗传效应，殃及子代，引起流产、死胎、畸形儿。
非整倍体与嵌合染色体是常见的染色体数目异常
1个体细胞中的全部染色体所构成的图像称为核型。将待测细胞的全部染色体按照Denver体制配对排列后，分析确定其与正常核型的一致性称为核型分析。人类细胞遗传学命名的国际体制（An International System for Human Cytogenetic Nomenclature，ISCN）提出了识别和描述显带染色体的统一标准。染色体界标是确认每1条染色体上稳定而有显著形态学特征的标记，包括染色体两臂的末端着丝粒、带和区（位于两相邻界标之间）。该体制还规定，每1染色体都由序贯的带组成，即没有非带区。不同的带根据各自较亮（深）暗（浅）着色强度，与相邻带相区别；每条染色体均以着丝粒为界标，区分短臂（p）和长臂（q）。区和带均从着丝粒开始向外编号。
记述某特定带时，需要包括4项内容：①染色体号；②臂的符号；③区的序号；④带的序号。这些内容按顺序书写而不间隔，亦不加标点，如1p31表示1号染色体的短臂3区1带。在高分辨显带中，作为界标的带或1个普通带都可被细分为亚带和次亚带。只要每1带被细分，则在原带号数之后加1个小数点，并写明每1亚带的号数，仍从着丝粒往臂远端序贯编号，如果亚带再细分次亚带，可在原亚带编号后再加数字，不加标点。如原来的1p31，带分为亚带，应标记为1p31.1、1p31.31等。人类染色体畸变（chromosome aberration）分为染色体数目异常与染色体结构异常两类。配子细胞包含22条常染色体和1条X或1条Y染色体，前者为二倍体，后者为单倍体。每个正常二倍体的正常配子的全部染色体称为1个染色体组。如果人类体细胞的染色体数目超出或少于二倍体染色体数目称为染色体数目异常。
临床上，常见的染色体数目异常有非整倍体与嵌合体（chimera）。非整倍体（aneuploid）是在细胞分裂时染色体不分离所致，发生于减数分裂时的异常配子与正常配子结合形成受精卵，发育个体的所有细胞将携带这种染色体异常，体细胞的染色体不是整倍数，而是比二倍体少1条或多1条，甚至多或少几条染色体。如果染色体不分离发生在正常受精卵有丝分裂时，染色体数目异常仅存在于该个体的部分体细胞中，而与其他正常细胞并存于同一个体中，即产生由两种细胞系或三种细胞系组成的嵌合体。此外，个体的染色体数目还形成三倍体甚至四倍体，其原因涉及双雄或双雌受精或核内复制，这些个体不易成活。
染色体畸变存在多种类型
临床上，常见的染色体结构畸变有缺失、易位、倒位、环状染色体及等臂染色体等。这是由于各种物理、化学因素导致染色体断裂后未能原位重接，使染色体重排造成的。染色体断裂重排可以只涉及1条染色体单体型染色体畸变（chromosome aberration），也可涉及两条（1对）染色体的染色体型染色体畸变。
在基因缺陷导致的先心病中，突变性质和严重程度决定表型和临床表现的变异性（variability）。突变影响蛋白编码序列及其功能，许多导致人类疾病的突变并未发生在直接编码蛋白的DNA区段内。这些“非编码区”突变通过表达水平、RNA选择性剪接或基因表达时机而影响基因产物的作用。特定的基因突变并非总是导致某一疾病，这一现象称为表型外显率（penetrance of phenotype）。表型外显率差异受环境与遗传背景的影响。1个基因突变个体可能遗传其他基因的等位基因（allele），补偿该基因缺陷。某基因突变可能使胎儿非常脆弱，如果幸存下来，那么在后续的发育中，其他基因会发挥代偿作用。
染色体组异常引起的疾病谱涵盖染色体完全缺失（XO核型Turner综合征）、染色体补加（Down综合征的21三体）、染色体片段缺失（22q11缺失综合征）、不平衡易位所致的部分非整倍体（任何遗传物质在基因组中都不存在两份拷贝）或平衡易位导致的关键基因断裂。大多数染色体变异属于新发事件，起源于患者而非遗传，病变常与某一特殊类型的染色体异常有关。
Down综合征的病因是21号染色体野生型基因发生数量改变。21号染色体上的第三份拷贝导致众多基因表达改变，影响许多器官发育。采用基因图（genetic mapping）可在21号染色体上定位，但尚未发现某单一基因或基因组是心脏畸形的主要病因。Down综合征小鼠与人类基因组之间存在差异。在243个已知的人类21号染色体基因中，2/3的小鼠直系同源基因却位于小鼠的16号染色体，剩余的同源基因位于10号与7号染色体。因此无法获得单纯的Down综合征三体小鼠模型。作为选择之一，目前已经创建了携带人类21号染色体额外拷贝的小鼠模型，以再现人类Down综合征表型。
与Down综合征比较，除了特征性面容外，8号染色体三体综合征患者的显著临床特征是骨骼畸形，如脊柱侧弯、脊柱异常、附加肋骨、脊柱裂及四肢畸形。基因型为纯合子的8号染色体三体综合征患者的全部细胞都有完整的三套8号染色体，约90%的患儿死于出生后第1年，约5%病例为部分性，即8号染色体发生部分三倍复制，2%为嵌合体。
