在实验室检查中，Down综合征的诊断通常涉及到一系列指标。首先，血清学检查可能会显示血清素水平偏低，白细胞中的碱性磷酸酶和红细胞二磷酸葡萄糖浓度升高，以及过氧化物歧化酶水平上升50%。然而，这些变化并不直接关联于患者的发育异常和智力障碍。
值得注意的是，大约1/3的Down综合征患儿的母亲在妊娠中期，即4到6个月期间，血清中的甲胎蛋白、绒毛膜促性腺激素和雌三醇含量可能会异常。尤其是甲胎蛋白和绒毛膜促性腺激素的增高，以及雌三醇的降低，可能是胎儿可能存在Down综合征的信号。在这种情况下，医生可能会建议进行产前检查，如羊膜囊穿刺，以进一步确认或排除这种可能性。
羊膜囊穿刺是一项重要的辅助检查手段，它能够直接检测羊水细胞或染色体的异常，对于早期识别Down综合征以及其他染色体发育不全的胎儿具有重要意义。通过荧光原位杂交技术，医生可以观察到染色体结构，如在Down综合征患者中，通常会发现21号染色体呈现三倍体形态。
染色体是组成细胞核的基本物质，是基因的载体。染色体异常(chromosome abnormalities)也称染色体发育不全(chromosome dysgenesis)。美籍华人蒋有兴(1956)查明人类染色体为46条，Caspersson等(1970)首次发表人类染色体显带照片。