Hom denomina síndrome de Klinefelter el conjunt de trets fenotípics corresponent al cariotip 47,XXY, és a dir un individu de sexe masculí amb un cromosoma X de més. En realitat, hi ha variants de l’alteració cromosòmica que originen traces semblants, per la qual cosa hom considera que la síndrome apareix en tots aquells individus que, tenint 47 cromosomes o més, tenen almenys dos cromosomes X i, com a mínim, un cromosoma Y; d’aquesta manera, també presenta la síndrome de Klinefelter el cariotip 48,XXXY. Es probable que hi hagi mosaïcisme, és a dir coexistència de cèl·lules normals i cèl·lules amb el defecte cromosòmic; els mosaïcismes més comuns, però no els únics possibles, són 47,XXY/46,XX i 47,XXY/46,XY.

La freqüència del trastorn és aproximadament d’1 de cada 1.000 nadons vius.

La principal conseqüència de l’alteració cromosòmica és un defecte gonadal que determina una atròfia testicular i una fallada —o absència— d’espermatogènesi en els testicles, causant d’esterilitat; també diverses anomalies en l’aparició dels caràcters sexuals secundaris.