Cơ chế hình thành sinh đôi cùng trứng và sinh đôi khác trứng là do quá trình phân chia tế bào trong quá trình phôi thai.

Sinh đôi cùng trứng (đôi song sinh) xảy ra khi một trứng phôi duy nhất được thụ tinh bởi một tinh trùng và sau đó phân chia thành hai phôi thai riêng biệt. Quá trình này xảy ra trong vòng 13-15 ngày sau khi phôi thai được tạo ra. Hai phôi thai này có cùng một bộ gen và chia sẻ cùng một ống dây thần kinh và mạch máu. Kết quả là, hai em sinh đôi cùng trứng có thể chia sẻ cùng một tử cung và có thể có các bộ phận cơ thể giống nhau hoặc khác nhau.

Sinh đôi khác trứng (đôi song sinh không cùng trứng) xảy ra khi hai trứng phôi khác nhau được thụ tinh bởi hai tinh trùng khác nhau. Quá trình này xảy ra khi nhiều trứng phôi được thụ tinh trong cùng một chu kỳ rụng trứng. Hai phôi thai này phát triển độc lập và không chia sẻ cùng một ống dây thần kinh và mạch máu. Kết quả là, hai em sinh đôi khác trứng không có cùng một tử cung và có thể có các bộ phận cơ thể khác nhau.

Cơ chế hình thành sinh đôi cùng trứng và sinh đôi khác trứng phụ thuộc vào sự kết hợp ngẫu nhiên của tinh trùng và trứng phôi trong quá trình thụ tinh.