E' stato dimostrato che, a partire dal primo trimestre di gravidanza, è presente nel circolo ematico materno DNA libero di origine fetale (cell free fetal DNA, cffDNA), che può essere recuperato in maniera non-invasiva ed utilizzato per lo studio probabilistico di alcune patologie fetali. Il cfDNA origina dalla lisi delle cellule materne e placentari.
A partire dalla V settimana di amenorrea, il citotrofoblasto placentare si àncora alla decidua parietale uterina, le arterie spirali deciduali irrorano le lacune presenti tra la decidua e la placenta, il citotrofoblasto invade e tappezza le pareti delle arterie uterine spiraliformi e le rimodella. Il ricambio delle cellule del trofoblasto, che ricopre le pareti delle arterie spiraliformi, mediato dalle citochine, libera il DNA. I frammenti di DNA fetale degradato contengono circa 180 paia di basi (bp) e sono sospesi nel plasma arterioso. Il cffDNA può essere isolato precocemente a partire dalla X settimana, quando raggiunge quantità sufficienti per il potenziale impiego clinico.
Esso presenta un'alta attendibilità per la sindrome di Down, di Edwards e di Patau. Secondo le linee guida del Ministero della Salute va comunque eseguito contestualmente ad una ecografia.