双头乌龟的案例不多，英国曾经也有一头双头乌龟，它受到人类妥善的饲养，因此保持了较长的寿命。大多数的双头生物在自然环境中会由于适应性的下降而早期夭折，原因还是出在两个中枢神经系统这方面，脑子作为判断外界信息最重要的中枢，通过外周神经指挥着身体的运行。而大脑消耗较多能量，双头变异导致生物需要吃更多东西来维持中枢需要。
归纳自然界生物变异的原因，主要发生在基因的随机突变方面，可是基因的突变又有内外因素的影响，变异的类型主要有以下几种：生殖细胞变异，生殖细胞畸形、染色体缺失或者部分缺失，导致受精卵基因不全发育障碍；胚胎发育时期影响，胚胎在发育期有致畸敏感期，此时的受精卵卵裂迅速新陈代谢很快，细胞核酸链频繁打开，容易受到外界影响；染色体变异，染色体之间的易位、移位等导致部分基因无法表达，造成发育障碍。
可是在这些变异中，第一种绝大多数无法受精，即便受精绝大多数也无法着床，难以发育为单独的个体；第二种比较常见，所谓的嵌合体（身体是自己、生殖器官是自己亲生兄弟姐妹）就是发育的畸形，绝大多数也难以发育为完整的个体，常因为营养的需求导致死胎等问题；第三种也相对常见，不过还是会导致绝大多数的胚胎死亡，侥幸发育为完整个体的也时常存在某方面障碍。
可是生物的某个部位都是多个基因控制的，头部上有眼睛、鼻子等多样性状，必须基因大量变异才会发生，这种情况的几率基本为零；第三种情况中，染色体变异通常导致部分基因改变，使基因的功能难以表达，但是能正常表达的基因也就是够用，也不会导致生物长两个头。双头变异就是连体婴儿的特殊形态，是同卵双胞胎发育异常导致。
同卵双胞胎是同一个受精卵发育而来，受精卵早期只是单纯地分裂，形成数十个复制体，成为早期胚胎，而在分裂中，受精卵分裂出来的这些细胞有可能均等或者稍微不均等地分裂为两个单独的个体，他们独立发育就形成了两个孕囊，未来会发育为两个基因基本相同的不同个体。可是在某些情况下，早期的胚胎分裂成两个胚胎时，未能完全分裂，而受精卵不同位置的细胞都要发育为不同的组织器官，导致连体婴儿的诞生。
很显然，双头乌龟就是类似于连体婴儿的畸形，人类的连体婴儿可以通过切除一个头颅，矫正脊椎的构造使连体婴儿成为一个单独的人，当然被切下的那颗头也有独立的意识，这样做就相当于直接人道消灭了其中一个人。造成这样畸形的原因有时候是运动的影响，就像气泡一样操作合适的话会变成两个，运动时的震动可能导致受精卵的分裂；
还有一方面是化学或者生物因素的影响，一些物质可以作用于早期的胚胎，尽管还不太明确，但是在人工胚胎中，造成同卵双胞胎的几率就大一些，可能就是化学物质影响了受精卵的卵裂。可是在这个过程中如果化学物质的作用没有达到临界点，也可能导致受精卵不完全分裂。
如果说到环境的因素，那就不好说了，有人觉得是日本核电站泄漏的影响，可能会有这个因素，不过这类变异在世界各地都有，个人更倾向于是人类的生活生产垃圾排入水域，由于重金属等物理化学生物因素影响而发生的。不过在日本本土出现的特殊变异，核辐射可能起到了一定的作用，而日本工业发达人口较多，河流湖泊等水体也可能造成这类畸形。