Während der Meiose trennen sich Chromosomen gelegentlich nicht richtig. Die Ursache dafür ist eine Fehlfunktion in der homologen Chromosomentrennung während der Meiose I oder der Trennung der Schwesterchromatiden während der Meiose II. In einigen Arten, vor allem in Pflanzen, kann die Non-Disjunction zu einem Organismus mit einem zusätzlichen Chromosomensatz führen, was man Polyploidie nennt. Beim Menschen kann die Non-Disjunction während der männlichen oder weiblichen Gametogenese auftreten und dazu führen, dass die entstehenden Gameten ein Chromosom zu viel oder eins Chromosom zu wenig haben.
Wenn eine abnormale Gamete sich mit einer normalen Gamete vereint, hat die resultierende Zygote eine abnormale Anzahl der Chromosomen und wird als aneuploid bezeichnet. Ein Individuum mit einem Chromosom zu wenig leidet an einer Monosomie (45; 2n-1). Eine Trisomie liegt vor, wenn ein Chromosoms zu viel vorhanden ist, wobei es dann insgesamt 47 (2n+1) Chromosomen gibt. Das Down-Syndrom ist eine gut erforschte Trisomie, bei der Individuen drei Kopien des Chromosoms 21 besitzen. Aneuploide Zygoten machen etwa 70% der Fehlgeburten während der Schwangerschaft aus.
Die Non-Disjunction kommt bei Geschlechtschromosomen häufiger vor als bei Autosomen. Individuen können eine Vielzahl an Kombinationen der Geschlechtschromosomen haben. Sie können beispielsweise eines oder mehrere zusätzliche Geschlechtschromosomen (z.B. XXY, XXX, XYY) oder nur eines einzigen Geschlechtschromosoms (mit der Bezeichnung X0) besitzen. Diese Individuen tendieren zu einer normalen Lebensdauer, welche jedoch manchmal mit erheblichen physiologischen und reproduktiven Konsequenzen verbunden ist. Die Non-Disjunction scheint häufiger aufzutreten, wenn homologe Chromosomen nicht rekombinieren. Interessanterweise werden X- und Y-Chromosomen normalerweise weniger oft rekombiniert als Autosomen, was eventuell die geringere Häufigkeit der Rekombination von Geschlechtschromosomen erklärt. Mutationen in Proteinen des synaptonemaler Komplexes, welche die homologen Chromosomen verbinden, verringern das Crossover aber erhöhen gleichzeitig die Non-Disjunction. Das legt nahe, dass eine richtige Chromosomenrekombination ein wichtiger Schritt der normalen Meiose ist.
Während der Oogenese kommt es häufiger zu einer Non-Disjunction als während der Spermatogenese. Die postzygotische Non-Disjunction, ein Versagen der mitotischen Trennung der Schwesterchromatiden in der frühen Zygote, verursacht ähnliche Folgen wie die meiotische Non-Disjunction und verursacht etwa 2% der Down-Syndroms Fälle. Die mitotische Non-Disjunction ist auch ein Kennzeichen vieler menschlicher Krebserkrankungen.
