染色體數目加倍通常發生在細胞分裂的特定階段，主要與有絲分裂或減數分裂過程中紡錘體功能異常、細胞質分裂受阻等因素相關。常見時期包括有絲分裂后期、減數分裂Ⅰ后期或減數分裂Ⅱ后期。
1、有絲分裂后期：染色體在后期完成復制后未正常分離，導致子細胞染色體數目加倍。紡錘體微管組裝異常或著絲粒黏附蛋白功能缺陷可能干擾姐妹染色單體分離。秋水仙堿處理可人工誘導該現象，用于植物多倍體育種。
2、減數分裂Ⅰ后期：同源染色體未分離會導致配子染色體數異常。溫度驟變或輻射可能破壞紡錘體功能，常見于植物花粉母細胞。該現象是自然界三倍體無籽西瓜形成的關鍵機制。
3、減數分裂Ⅱ后期：姐妹染色單體未分離形成二倍體配子，常與著絲粒區域突變有關。哺乳動物卵母細胞老化時易發生此類錯誤，可能引發胚胎非整倍體疾病。
4、生殖細胞異常：原始生殖細胞有絲分裂錯誤可形成四倍體細胞系，多見于魚類和兩棲類。低溫刺激可能激活保留第二極體的機制，導致染色體加倍。
5、合子分裂期：受精卵首次分裂時中心體復制異常可能形成四倍體胚胎。某些植物雜交后合子基因組不穩定，易發生自發染色體加倍現象。
維持適宜環境溫度、避免輻射暴露可降低自然發生概率。實驗室常用秋水仙堿、丙烯酰胺等化學物質干擾微管聚合，人工誘導染色體加倍。植物育種中采用溫度休克法處理分生組織，動物細胞可通過細胞融合技術實現多倍化。多倍體個體需注意監測生長發育差異，部分多倍體植物表現出器官巨型化特征。
