胚胎时期因器官处在迅速分化和形态发生阶段，故最容易受致畸因子的损伤而致畸。由于各器官分化和形态发生的迟早不一，因而每个器官都各自有畸形易发期，即按照形态发生和器官分化的顺序不同出现不同类型的先天畸形。如人受精后21～40天，胚胎心脏易受影响，约在受精后第24～46天四肢和眼睛易受影响，神经系统的易发期最长，为自受精后第15天直至胎儿娩出。由于各器官系统的易感期有交叉，故往往可出现多种畸形并存。

妊娠合并糖尿病可导致子代有较高的先天畸形发生率，虽然有临床胰岛素的应用及血糖的监测，但糖尿病患者胎儿先天畸形的发生率仍然是正常妊娠的2～6倍。畸形常为多发畸形，其类型包括：心脏缺陷、中枢神经管缺陷（露脑畸形、脊柱裂）、骨骼发育缺陷和消化系统畸形、肺发育不全等，其中以心血管及神经系统畸形最常见，是正常妊娠者的5倍，对胎儿造成的影响也最为严重。

糖尿病导致胎儿畸形的机制尚不清楚，动物研究表明高血糖和酮体对胚胎有致畸的协同作用。

引起糖尿病孕妇胎儿发生先天畸形的主要原因是母体血糖控制欠佳。早孕期器官发生时期高血糖被认为在胎儿异常发育中起着关键性的作用。高血糖环境可启动孕体植入前、后胚胎的细胞凋亡程序，这种异常细胞凋亡可造成多种重要脏器畸形。Reece等发现患者在孕3个月内，血糖水平越高，发生畸形儿的概率越高，大规模的前瞻性研究表明，平均血糖在7.8～13.1mmol/L的孕妇其畸形率为4.9%，而严格控制血糖的糖尿病孕妇畸胎率为2.1%，妊娠前妇女接受血糖控制畸形率可降至0.8%，而妊娠8周才开始控制血糖的其胎儿畸形率高达7.5%。糖化血红蛋白（Hb A1c）能反映孕期血糖水平，早孕期Hb A1c升高与胎儿畸形发生密切相关，人们发现妊娠糖尿病妇女的Hb A1c在正常范围时无心脏畸形的发生，但当Hb A1c超过正常范围但＜7.9%，其先天畸形发生率为3.2%，Hb A1c在8.9%～9.9%之间，其先天畸形发生率为8.1%，Hb A1c＞10%的时候，其先天畸形发生率高达23.5%。

糖尿病孕妇持续高血糖经胎盘到达胎儿体内，刺激胎儿胰岛细胞增生、肥大，胰岛素分泌增多，出现高胰岛素血症，胎儿胰岛素升高可以促进胎儿细胞摄取氨基酸，加快组织蛋白质合成，降低脂肪分解，使脂肪及糖原在胎儿各组织中沉积增加，其影响较大的是心脏。妊娠期高血糖所导致的胎儿心脏结构的异常是多种多样的，包括室间隔缺损、大动脉转位、动脉于永存、二尖瓣和肺动脉瓣闭锁、右心室双流出道、单心室、法洛四联症以及心肌病等。早期，高血糖对胚胎初期的心血管发生发育产生致畸效应而导致心脏缺陷，在妊娠中晚期，主要表现为室壁与间隔的肥厚，造成肥厚性心肌病等的改变，心脏的增大主要表现为室壁与间隔的肥厚，而镜下的改变主要表现为心肌细胞增生、肥大和特殊的变性分解，心肌纤维排列紊乱，类似于成人某些心肌病如肥厚型心肌病的改变。这可能为良性和暂时性改变，预后较好，但也可引起心力衰竭。另外，由于高胰岛素及高血糖，使胎儿代谢率增高，增加了胎儿对缺氧的敏感性，易导致缺氧、酸中毒，胎儿心肌细胞能量代谢受到障碍，心肌细胞的功能受到损害，心肌纤维改变、心肌细胞受损及心脏构型改变等综合因素，最终会影响糖尿病孕妇胎儿心脏的收缩及舒张功能。国外有学者对糖尿病合并妊娠孕龄为36～40周的患者的研究提示，胎儿心率与母亲血糖水平有显著的正相关。这些胎儿心脏结构的改变及功能的受损越至晚期越严重，且可能一直延续到婴儿期。因此应高度重视妊娠期母体血糖情况，控制妊娠期糖尿病的发生、发展，同时对产后婴儿也需要密切随访、定期观察。

孕早期糖尿病由于高血糖可致胚胎卵黄囊受损发生脑发育畸形。Cockroft等采用全胚胎培养技术发现，将大鼠胚胎培养于高浓度的葡萄糖（6.7～8.2mmol/L）中可以产生神经管畸形。进一步研究指出高血糖引起的卵黄囊细胞膜受损，可能影响细胞膜信号通路的蛋白激酶活性及其功能，启动异常的细胞凋亡，这可能是诱发先天性神经管缺陷的分子基础，而其是否是其他畸形的分子机制还需进一步研究。Bakerdeng采用链佐星诱导的糖尿病大鼠进行研究，发现用胰岛素将孕鼠血糖控制在正常范围内，能明显降低胚胎腰骶椎畸形的发生率。

有关高血糖致畸的机制目前尚未明确，一般认为和肌醇、前列腺素、活性氧族的代谢有关，孕期血中花生四烯酸和肌醇的减少，减少了磷酸肌醇信号转导，母体、胎儿的高血糖症可能引起胎儿活性氧族过度生成，某些敏感组织中线粒体的氧自由基的过度生成，导致氢化物、过氧化物的形成，高血糖进一步削弱抗氧化系统尤其是还原型谷胱甘肽酶系，从而抑制前列环素。这些因素导致血栓烷和其他的前列腺素的过度生成，将阻碍发育中组织的血管化作用。过量的活性氧还可使磷脂中的不饱和脂肪酸生成过氧化脂质，损伤生物膜，可以抵制蛋白质功能，破坏核酸及染色体，从而伤害机体的各种组织和细胞，造成多器官系统的畸形。毛东伟等采用皮下注射高渗葡萄糖的方法致孕鼠高血糖发生，高血糖可抑制pax3基因的表达，使其对cx43基因的转录抑制减弱，使cx43基因过度表达，造成缝隙连接紊乱，进而发生神经管畸形。

早在1983年，Horton、Freinkel等发现酮体同样影响胚胎形态发育，而且高血糖及酮体在动物致畸方面有协同作用。糖尿病酮症酸中毒时母体内β-羟丁酸升高，有研究表明β羟丁酸能延迟小鼠胚胎神经管的闭合。乙酰乙酸、丙酮、β-羟丁酸均为较强的有机酸，大量消耗体内储备碱，产生大量氢离子和有机阴离子。自由基对生物体的作用主要有：使DNA主链断裂、碱基缺失，引起细胞畸变；使蛋白质分子多肽链断裂，使巯基形成二硫键引起蛋白质构象变化，从而引起发育畸形。