雙胎輸血綜合征絕大多數都發生在雙羊膜囊單絨毛膜雙胎(MCT)，MCT胎盤存在表層以及深層血管吻合，有四種血管連接方式：毛細血管的表淺吻合；大血管間的動脈吻合；大血管間的靜脈吻合；絨毛毛細血管吻合。前三種為表淺的血管吻合，表淺的吻合指胎盤胎兒面表層的較大血管的吻合，大多數是動脈-動脈的直接吻合，少數是靜脈-靜脈的直接吻合。胎盤深部動靜脈吻合引起血循環的不平衡是導致雙胎輸血綜合征的原因。
在正常的情況下，兩胎間胎盤的血流交換是平衡的，胎盤淺表血管吻合為雙向血流，因此維持兩胎的血流動力學平衡。深層的吻合是處在兩個胎兒所屬胎盤相鄰的一個或多個胎盤小葉中，在這些胎盤小葉中兩個胎盤的動、靜脈吻合其血液流向的分布是對等的，結果是單位時間內從甲胎兒流向乙胎兒的血流量相當于乙胎兒流至甲胎兒的血流量，所以胎兒發育的速度也相差不多。