La sobreexpresión de genes debida a la presencia de un cromosoma 21 extra o de parte de él en el síndrome de Down repercute en un conjunto de alteraciones en diversos órganos, incluido el cerebro. Las alteraciones cerebrales varían de un individuo a otro en intensidad, momento de aparición y ubicación. Pueden iniciarse durante el desarrollo fetal pero aparecen en mayor grado y proporción durante los primeros meses/años de vida extrauterina, permanecen a lo largo de la vida y pueden agravarse a partir de la cuarta o quinta década. Una de las consecuencias de estas alteraciones es la deficiencia mental. Frecuentemente está disminuido el volumen total del cerebro, cerebelo e hipocampo; con mayor variación está disminuido el tamaño de ciertas zonas de la corteza prefrontal, cuerpos mamilares y circunvoluciones de la corteza temporal y pariental. Está reducido el número de neuronas, arborizaciones dentríticas y espinas. Estos hechos explican los trastornos que se observan en la conexión entre unas áreas y otras, los cuales repercuten sobre las alteraciones en las áreas de la atención, memoria a corto plazo, cálculo y pensamiento abstracto, lenguaje y capacidad adaptativa. La intervención temprana debe ir seguida de atención permanente, ajustada a cada edad y a la individual capacidad de progreso hacia una vida autónoma.