染色体数目加倍通常发生在细胞分裂的特定阶段，主要与有丝分裂或减数分裂过程中纺锤体功能异常、细胞质分裂受阻等因素相关。常见时期包括有丝分裂后期、减数分裂Ⅰ后期或减数分裂Ⅱ后期。
1、有丝分裂后期：染色体在后期完成复制后未正常分离，导致子细胞染色体数目加倍。纺锤体微管组装异常或着丝粒黏附蛋白功能缺陷可能干扰姐妹染色单体分离。秋水仙碱处理可人工诱导该现象，用于植物多倍体育种。
2、减数分裂Ⅰ后期：同源染色体未分离会导致配子染色体数异常。温度骤变或辐射可能破坏纺锤体功能，常见于植物花粉母细胞。该现象是自然界三倍体无籽西瓜形成的关键机制。
3、减数分裂Ⅱ后期：姐妹染色单体未分离形成二倍体配子，常与着丝粒区域突变有关。哺乳动物卵母细胞老化时易发生此类错误，可能引发胚胎非整倍体疾病。
4、生殖细胞异常：原始生殖细胞有丝分裂错误可形成四倍体细胞系，多见于鱼类和两栖类。低温刺激可能激活保留第二极体的机制，导致染色体加倍。
5、合子分裂期：受精卵首次分裂时中心体复制异常可能形成四倍体胚胎。某些植物杂交后合子基因组不稳定，易发生自发染色体加倍现象。
维持适宜环境温度、避免辐射暴露可降低自然发生概率。实验室常用秋水仙碱、丙烯酰胺等化学物质干扰微管聚合，人工诱导染色体加倍。植物育种中采用温度休克法处理分生组织，动物细胞可通过细胞融合技术实现多倍化。多倍体个体需注意监测生长发育差异，部分多倍体植物表现出器官巨型化特征。
