Pendant la méiose, les chromosomes se séparent parfois incorrectement. Ceci se produit en raison de l’échec de la séparation des chromosomes homologues pendant la méiose I ou l’échec de la séparation des chromatides sœurs pendant la méiose II. Chez certaines espèces, notamment les plantes, la non-disjonction peut entraîner un organisme avec un ensemble supplémentaire entier de chromosomes, ce qu’on appelle la polyploïdie. Chez l’homme, la non-disjonction peut se produire pendant la gamétogenèse mâle ou femelle ; et les gamètes résultants possèdent un chromosome de trop ou ils leur en manquent un.

Quand un gamète anormal fusionne avec un gamète normal, le zygote résultant a un nombre anormal de chromosomes et il est appelé aneuploïde. Un individu à qui il manque un chromosome a la monosomie (45 ; 2n-1), tandis que la trisomie est la présence d’un chromosome de trop pour un total de 47 (2n+1). Le syndrome de Down est une trisomie bien étudiée, où les individus ont trois copies du chromosome 21. Les zygotes aneuploïdes représentent environ 70 % des fausses couches pendant la gestation.

La non-disjonction est plus fréquente dans les chromosomes sexuels que dans les autosomes. On peut avoir une variété de combinaisons de chromosomes sexuels, y compris un ou plusieurs chromosomes sexuels supplémentaires (p. ex., XXY, XXX, XYY) ou la présence d’un seul chromosome sexuel (dénoté X0). Ces individus ont tendance à avoir une durée de vie normale, mais avec des conséquences physiologiques et reproductives parfois importantes. La non-disjonction semble être plus fréquente lorsque les chromosomes homologues ne parviennent pas à se recombiner. Fait intéressant, les chromosomes X et Y subissent normalement moins de recombinaison par rapport aux autosomes, ce qui explique peut-être la fréquence de la non-disjonction chez les chromosomes sexuels. Les mutations dans les protéines de complexes synaptonémiques, qui attachent des chromosomes homologues, réduisent le croisement mais augmentent apparemment la non-disjonction. Ceci suggère que la recombinaison correcte des chromosomes est une étape importante dans la méiose normale.

La non-disjonction est plus fréquente pendant l’ovogenèse que pendant la spermatogenèse. La non-disjonction post-zygotique, un échec de la séparation des chromatides mitotique dans le zygote précoce, provoque des conséquences semblables à celle de la non-disjonction méiotique et représente environ 2 % des cas du syndrome de Down. La non-disjonction mitotique est également une caractéristique de nombreux cancers humains.