TTTs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4種血管連接方式：
①毛細血管的表淺吻合；
②大血管間的動脈吻合；
③大血管間的靜脈吻合；
④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TTTs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。深部的動靜脈吻合往往呈單向血流，當缺乏淺表的動脈—動脈、靜脈—靜脈補償性血管吻合時，會造成單向供血，導致血流動力學失衡。在單位時間內甲胎兒流向乙胎兒的血流量多于乙胎兒流向甲胎兒的血流量，甲胎兒成為供血兒，乙胎兒成為受血兒，血流的不平衡導致一系列的病理變化。由于血管交通發生于85%～100%的MCT，但在雙絨毛膜雙胎罕見。因此，TTTs幾乎都發生在單絨毛膜雙胎。供血胎兒由于不斷地向受血胎輸血，處于低血容量、貧血狀態，胎兒發育遲緩，少尿，羊水少。受血胎則高血容量，尿量增加引起羊水增多，胎兒個體較大，其心、肝、腎等臟器增大，紅細胞增多，紅細胞比容增高，胎兒可出現水腫。