染色体是人体遗传物质“基因”的载体，如果染色体的结构或者数量发生了异常或改变，会导致基因的缺失、增加及基因位置的改变，某些改变可影响生育功能，导致男性无精子症或少弱精子症，引起男性不育。染色体异常导致的男性不育症在男性不育中占有相当高的比例，约为18%—20%。常见的染色体异常型不育有克氏综合征和Y染色体微缺失。
克氏综合征，又名Klinefelter’s征，是一种先天性疾病，正常男性染色体核型为46，XY；而女性为46，XX。如果男性染色体核型中X增多，就会引起克氏综合征，最常见的染色体核型是47，XXY，即患者比正常男性多出1条X染色体。患者临床表现为第二性征发育差，有女性化表现，如声音尖细、无胡须、肤白臀宽、体毛少、乳腺增生、阴毛分布如女性、阴茎龟头睾丸小、性功能差等，患者身材高大、四肢长、胆怯、情绪多变，约1/4患者有智力低下，还有些患者有精神异常及患精神分裂症倾向。实验室检查可发现患者性激素中的卵泡刺激素和黄体生成素增高，而睾酮偏低；精液分析常提示精液中无精子或精子量极少。
Y染色体微缺失，又名YqAZF微缺失，是仅次于克氏综合征的第二位导致男性不育的重要遗传性疾病，其主要发生在男性精子形成过程中或胚胎发育的早期，其中无精子因子（AZF）微缺失是导致睾丸精子生成障碍的主要原因，可引起男性不育。
可见，当男性不育症患者检查排除了先天性附睾及输精管缺如、精道梗阻、逆行射精和生殖道炎症等疾病后，如发现睾丸生精功能下降，则需进一步行染色体检查，明确有无染色体异常型不育。