染色体不分离是指生物细胞分裂时，同源染色体或姊妹染色体未能成功分离的现象，这一现象最早由美国遗传学家卡尔文·布里基斯和托马斯·摩尔根于1910年在黑腹果蝇细胞的性染色体上发现。染色体不分离会造成子细胞成为非整倍体，即多出一条染色体或（2n+1）或失去一条染色体（2n-1），若发生在减数分裂则可能造成子代发生非整倍体疾病，如三体症和单体症。染色体不分离是导致智力发育障碍的最主要原因之一，其发生给社会和家庭带来极大的负担。
定义
在细胞分裂时，如果对某种染色体或两条染色单体在后期不能正常的分开而同时进入某一子细胞，则导致该子细胞多一条染色体而另一子细胞少一条染色体，这种现象称为染色体不分离。染色体不分离包括第一次减数分裂时同源染色体不分离、第二次减数分裂时姊妹染色体不分离、以及有丝分裂时姊妹染色体不分离等三种情形。
染色体不分离所导致的疾病是最主要的遗传病之一，其中以Down综合征（唐氏综合征）为例，研究表明，人类的非整倍体疾病较多是女性减数分裂时（特别是第一次减数分裂）发生染色体不分离所致。可能的原因是卵母细胞减数分裂过程中，会在前期I停滞数年至数十年之久，可能导致姊妹染色体失去黏连蛋白而相互分离，进而使着丝点连接错误。相较之下，精母细胞则会快速地完成整个减数分裂流程；另外精母细胞减数分裂时发生染色体互换的频率高于卵母细胞，人类卵母细胞有超过10%有至少一对同源染色分体在联会过程中没有发生互换，而缺乏互换是造成染色体不分离的原因之一。
有些物质（非整倍体诱变剂）可以促使细胞分裂时发生染色体不分离的现象，例如烟草、乙醇、苯、氰戊菊酯、西维因等物质可能是非整倍体诱变剂，因此吸烟和接触这些物质会提升染色体不分离的几率。为避免细胞分裂时染色体不分离，细胞周期中有纺锤体组装检查点（SAC）以确保细胞中染色体均与纺锤体连接妥当后才活化促后期复合体（APC），使细胞分裂进入后期。