A Síndrome de Klinefelter acontece quando o homem desenvolve um cromossomo sexual X a mais. Essa alteração é apontada como a principal causa de infertilidade do sexo masculino, acarretando a esterilidade ou azoospermia (ausência de espermatozoides no sêmen). Ela apresenta alguns sintomas, como testículos e pênis pequenos, músculos e ossos fracos, menos pelo que a média normal e desenvolvimento da mama.

Geralmente os homens acometidos por essa condição apresentam alterações nos níveis dos hormônios sexuais, uma baixa de testosterona (hormônio masculino) e estradiol (hormônio feminino) elevado. Para diagnosticar, é necessário um exame de cariótipo, um estudo genético que identifica todos os cromossomos das células. Normalmente o índice de pares de cromossomos no homem é 23 (46 cromossomos no total) em cada célula, sendo o último par composto de um cromossomo X e de um cromossomo Y, ou seja 46 XY. O homem com Síndrome de Klinefelter possui no total 47 cromossomos, devido a um cromossomo X extra, sendo então 47 XXY.

Os homens com a síndrome que ainda apresentam espermatozoides no espermograma, a técnica utilizada pode ser a de fertilização in-vitro. No caso dos azoospérmicos, o mais indicado é a cirurgia de microdissecção testicular para a extração de espermatozoides do testículo. Antes dessa cirurgia, é importante a correção dos distúrbios hormonais, com isso a taxa de sucesso da cirurgia chega a 70%.