総動脈幹遺残症は、胎児の発達中に動脈幹が肺動脈と大動脈に分かれず、心臓から出る単一の太い血管として残ることで発生します。その結果、酸素を含む血液と酸素を含まない血液が混ざり合って全身と肺に送られます。