La secuencia de Pierre Robin se caracteriza por una mandíbula inferior inusualmente pequeña (micrognatia) y un desplazamiento hacia abajo de la lengua (glosoptosis). Algunos bebés también tienen una abertura anormal en el techo de la boca (paladar hendido); tanto el paladar blando como el duro pueden verse afectados.

PRS implica cambios físicos durante el desarrollo que conducen a la alteración de la anatomía de la cavidad oral. Dado que tanto el aire como la comida pasan por la boca y bajan por la garganta, los problemas respiratorios y de alimentación son comunes.

En PRS, la mandíbula inferior (mandíbula) característicamente tiene una forma y posición alteradas. Por lo general, tiene una longitud reducida y se localiza hacia atrás (microrretrognatia). A su vez, estos cambios en la mandíbula pueden influir en la posición de la lengua hacia la parte posterior de la boca (una lengua 'retruida'). Las anomalías anatómicas del PRS también incluyen con frecuencia un paladar hendido en forma de U, que afecta la dinámica de la respiración y el desarrollo del habla.

Concretamente, el desplazamiento de la lengua hacia la parte posterior (posterior) de la boca la predispone a caer hacia la garganta. Esto puede obstruir las vías respiratorias y causar dificultad para respirar. Esto puede variar en gravedad, desde un trastorno leve hasta una dificultad respiratoria potencialmente mortal. La obstrucción de las vías respiratorias también puede ocurrir durante la noche, en el caso de una condición relacionada llamada "apnea obstructiva del sueño". Este es un trastorno del sueño caracterizado por la respiración que se detiene temporalmente y se reinicia debido al bloqueo periódico de las vías respiratorias.

Dado que los alimentos que viajan hacia el tracto gastrointestinal también pasan por la boca y la garganta, también pueden surgir dificultades de alimentación debido a la anatomía anormal de la cavidad oral. Dependiendo de la gravedad, esto puede provocar problemas como asfixia (aspiración) o un aumento de peso menor al esperado (lo que los médicos denominan "falta de crecimiento"). También hay una mayor prevalencia de reflujo ácido (gastroesofágico) en niños con PRS.

Otras posibles manifestaciones de PRS incluyen afecciones cardiovasculares y pulmonares, como soplos cardíacos, presión arterial alta en las arterias de los pulmones (hipertensión pulmonar) y estrechamiento de la abertura entre la arteria pulmonar y el ventrículo derecho del corazón (estenosis pulmonar) . También son comunes las anomalías del sistema musculoesquelético, incluidas las de los brazos, las piernas, los pies y la columna vertebral. La inflamación del oído medio (otitis media) generalmente acompañada de infecciones repetidas del oído ocurre en alrededor del 80% de los pacientes, y se observan defectos oculares en alrededor del 10% al 30% de los pacientes. Los dientes presentes al nacer (dientes natales) son otro hallazgo frecuente.

En la actualidad, se desconoce la causa exacta del PRS. La opinión más extendida es que múltiples factores contribuyentes conducen a una secuencia de cambios físicos dentro de la cavidad oral. Se cree que estos cambios ocurren en una serie de pasos, en lugar de eventos aislados. Específicamente, se cree que el hecho de que la mandíbula inferior no se desarrolle por completo al principio de la gestación hace que la lengua se coloque hacia atrás y hacia arriba en la cavidad bucal, lo que, a su vez, impide el cierre del paladar.

El PRS como condición puede ocurrir por sí mismo ("PRS aislado") o como una característica en trastornos de anomalías múltiples ("PRS sindrómico"). Cuando la PRS ocurre por sí sola, el ADN cerca de un gen llamado SOX9 es la región más comúnmente afectada. El gen SOX9 permite la producción de la proteína SOX9, que desempeña un papel fundamental en el desarrollo del esqueleto. En los individuos afectados, a menudo hay mutaciones en regiones de ADN que modulan positivamente la actividad de SOX9 (potenciadores). Cuando estas áreas están dañadas, la actividad del gen SOX9 se reduce, lo que lleva a que se produzca menos proteína SOX9 normal. Se cree que esto juega un papel en las anormalidades craneofaciales asociadas característicamente con PRS.