Với cặp song sinh cùng trứng, hay còn gọi là cặp song sinh giống nhau, nguyên nhân tạo thành là từ một trứng thụ tinh với một tinh trùng, tạo nên một hợp tử. Hợp tử này sẽ tiếp tục phân chia làm hai phần ngay sau quá trình thụ tinh để phát triển thành hai cá thể riêng biệt.

Với cặp song sinh khác trứng, hay còn gọi là cặp song sinh không giống nhau, là hiện tượng hai quả trứng cùng rụng một lúc và thụ thai với hai tinh trùng hoàn toàn riêng biệt trong cùng một đợt.

Các cặp sinh đôi khác trứng sẽ có nhiều sự khác biệt về mặt di truyền hơn so với trường hợp sinh đôi cùng trứng. Những cặp sinh đôi cùng trứng sẽ giống nhau gần như 100% trong cấu trúc ADN, trong khi với những cặp sinh đôi khác trứng, cấu trúc ADN chỉ giống nhau chừng 50%. Vì vậy, hai bé sinh đôi khác trứng mặc dù cùng sinh ra một lúc, nhưng không nhất thiết có cùng giới tính hay có ngoại hình giống nhau hoàn toàn.

Cũng có trường hợp, người mẹ mang thai sinh đôi khác trứng bắt nguồn từ việc đã có thai, nhưng thụ thai thêm một lần nữa khi một trứng của mẹ thụ tinh với một tinh trùng khác trong cùng tháng đó. Ðiều này có khả năng xảy ra khi phụ nữ đã mang thai và rụng trứng thêm một lần nữa. Hiện tượng hình thành nên thai nhi khi xuất hiện trứng thứ hai được thụ tinh bởi một tinh trùng khác đến sau, được gọi là bội thụ tinh khác kỳ.