Son hombres que tienen cromatina sexual y por lo general cariotipo 47, XXY.
Constituyen uno de cada 700 a 800 hombres nacidos con sexo masculino, por lo tanto, es una de las condiciones intersexuales más comunes. Otros menos comunes son los cariotipos 48, XXYY; 48, XXXY, 49 XXXYY y 49 XXXXY que presentan, respectivamente, 1, 2 y 3 y corpúsculos de Barr. Físicamente son casi indistinguibles de los hombres con cariotipo 46, XX.
Aunque pueden tener la erección y la eyaculación, son estériles porque sus testículos son pequeños y no producen espermatozoides debido a la atrofia de los canales seminíferos. Otras características a veces presentes son: estatura elevada, proporciones corporales eunucoides, aparato reproductor pequeño, baja vellosidad en el pubis y ginecomastia (crecimiento del pecho).
Además de estos cambios del sexo fenotípico los pacientes con síndrome de Klinefelter tienen una disminución aparente del nivel intelectual, siendo este más o menos profundo según el grado de polisomia.
Contrariamente a lo que ocurre en el síndrome de Turner, los pacientes con Klinefelter tienen problemas en el desarrollo de la personalidad, siendo inmaduros y dependientes, probablemente debido a la disminución de su inteligencia verbal.
Las dificultades en las relaciones interpersonales ocurren a veces los cambios en el proceso de identificación psicosexual, envolviendo casos de travestismo, transexualidad y homosexualidad.
Hasta 1960 la prueba definitiva para el diagnóstico fue proporcionado por el examen histológico de los testículos, incluso después de la pubertad pone de manifiesto la ausencia de células germinales en los canales seminíferos. Los casos más raros de Klinefelter presentan fertilidad con algunos espermatozoides normales. Actualmente, la identificación del síndrome es asegurada por el cariotipo y por el estudio de la cromatina sexual.