La morphologie de ces individus est variable : certains présentent une morphologie masculine normale, d'autres sujets présentent parfois une ceinture scapulaire ( omoplate et clavicule) peu developpée, la pilosité est souvent peu fournie.
Certains caractères sont constants : Atrophie (mauvais développement et mauvais fonctionnement) des testicules avec absence de production de spermatozoïdes contraste avec un développement normal de la verge et du scrotum. L'atrophie testiculaire contraste avec le développement normal de la verge et du scrotum constaté à la puberté.
En réalité, un diagnostic sûr n'est établi que lors des examens médicaux faits en raison d'une stérilité.
Evolution : Le plus souvent, le diagnostic est porté lors de la puberté, la stérilité est constante mais l'activité sexuelle est présente, la majorité des sujets présentent un développement intellectuel normal.

Dans 80 % des cas, le caryotype est 47,XXY homogène (syndrome de Klinefelter classique).

Dans 20 % des cas, on observe une variante chromosomique.
Il peut s'agir d'une mosaïque dont les plus fréquentes sont celles indiquées ci-dessous :
- 48,XXXY
- 47,XXY/46,XY
- 47,XXY/46,XX
- 47,XXY/46,XY/45,X
- 47,XXY/46,XY/46,XX