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Dentre diversas substâncias circulantes no sangue materno que já foram pesquisadas no primeiro trimestre da gestação, duas se destacam pelo seu valor discriminatório:

1. em gestações com fetos portadores de trissomia do cromossomo 21, o nível sérico materno da fração livre do hormônio gonadotrofina coriônica humana (β-hCG) costuma ser, em média, duas a duas e meia vezes o valor correspondente à media em gestações normais.

2. já a concentração da proteína A plasmática associada à gestação (PAPP-A) tem em média valores equivalentes à metade daqueles encontrados nas gestações normais.

Desta forma, quanto maiores as concentrações da fração livre do β-hCG e menores as de PAPP-A, maiores as chances de trissomia do cromossomo 21.
Isoladamente, o rastreamento bioquímico materno empregando estes dois marcadores, associados à idade materna e gestacional, atinge taxa de detecção de cerca de 60% para um índice de falsos-positivos de 5%.

Quando combinados com a medida ultrassonográfica da espessura da translucência nucal, realizada entre 11 e 14 semanas, a taxa de detecção atinge aproximadamente 85–90%.

Finalmente, resultados preliminares sugerem que para uma taxa de falsos-positivos de 5%, a combinação da medida ultrassonográfica da TN e avaliação do osso nasal fetal mais a dosagem sérica de β-hCG e PAPP-A realizadas entre 11 e 14 semanas, permite identificar cerca de 95% das gestações acometidas pela trissomia do cromossomo 21.

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