Để thế hệ F1 phân li kiểu hình theo tỉ lệ 3:1 về một cặp tính trạng, cần thỏa mãn các điều kiện sau:

1. Kiểu gen của P:

Cả hai cơ thể P đều dị hợp: Nghĩa là cả hai cơ thể P đều mang hai alen khác nhau của gen quy định tính trạng đó. Ví dụ: Aa x Aa.
Một cơ thể P đồng hợp trội, một cơ thể P đồng hợp lặn: Ví dụ: AA x aa. Tuy nhiên, trường hợp này ít gặp hơn so với trường hợp cả hai cơ thể P đều dị hợp.
2. Quy luật di truyền:

Quy luật phân li: Các alen của một cặp gen phân li đồng đều về các giao tử trong quá trình giảm phân.
Trội hoàn toàn: Alen trội át hoàn toàn alen lặn.
3. Điều kiện môi trường:

Môi trường ổn định: Điều kiện môi trường không ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen.
Giải thích chi tiết:

Khi cả hai cơ thể P đều dị hợp (Aa x Aa):

Thế hệ F1 sẽ có 3 kiểu gen: AA, Aa, aa.
Tuy nhiên, do alen trội A át hoàn toàn alen lặn a nên sẽ có 2 kiểu hình: trội (AA, Aa) và lặn (aa).
Tỉ lệ kiểu hình sẽ là 3 trội : 1 lặn.
Khi một cơ thể P đồng hợp trội, một cơ thể P đồng hợp lặn (AA x aa):

Thế hệ F1 đồng loạt mang kiểu gen Aa và biểu hiện kiểu hình trội.
Tuy nhiên, khi cho F1 tự thụ phấn (Aa x Aa), thế hệ F2 sẽ phân li kiểu hình theo tỉ lệ 3 trội : 1 lặn.
Ví dụ:

Giả sử gen A quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen a quy định hoa trắng. Khi lai hai cây hoa đỏ dị hợp (Aa x Aa), thế hệ F1 sẽ có tỉ lệ kiểu hình là 3 cây hoa đỏ : 1 cây hoa trắng.

Kết luận:

Tỉ lệ phân li kiểu hình 3:1 ở F1 là kết quả của quy luật phân li và trội hoàn toàn. Điều kiện tiên quyết là cả hai cơ thể P phải mang cặp gen quy định tính trạng đang xét ở trạng thái dị hợp hoặc một cá thể đồng hợp trội, một cá thể đồng hợp lặn.