La tetrasomia X, come altri disturbi aneuploidici, è causata da un processo chiamato "non disgiunzione". Ciò, la non disgiunzione, si verifica quando i cromosomi omologhi o i cromatidi fratelli non riescono a separarsi correttamente durante la meiosi, il processo che produce gameti (uova o sperma) e si traducono in gameti con troppi o troppo pochi cromosomi. Nel caso specifico della tetrasomia e della pentasomia del cromosoma sessuale, la non disgiunzione si verifica più volte con lo stesso genitore; in particolare, nella tetrasomia X tutti i casi noti avevano ereditato tre cromosomi X materni e uno paterno o quattro cromosomi X materni senza contributo paterno. La non disgiunzione può verificarsi anche dopo il concepimento, spesso traducendosi in un cariotipo a mosaico.