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低出生体重児のパラドックスとは、喫煙する母親から生まれた子供の出生体重と死亡率に関する、一見矛盾する観察結果のことである。喫煙する母親から生まれた低出生体重児は、非喫煙者の母親から生まれた低出生体重児よりも乳児死亡率が低い。これはシンプソンのパラドックスの一例である。
従来、出生体重が一定量（国によって異なる）未満の赤ちゃんは低出生体重児と分類されてきた。ある集団において、低出生体重児は他の出生体重児よりも死亡率が著しく高い。したがって、低出生体重児の割合が高い集団は、一般的に他の集団よりも乳幼児死亡率が高い傾向にある。
これまでの研究に基づくと、喫煙する母親から生まれた子供は、非喫煙する母親から生まれた子供よりも低出生体重児となる可能性が高い。したがって、喫煙する母親から生まれた子供の乳幼児死亡率は、非喫煙する母親から生まれた低出生体重児よりも低いという、驚くべき現実の観察結果がある。
一見すると、これらの研究結果は、少なくとも一部の赤ちゃんにとっては、喫煙する母親を持つことが健康に良いことを示唆しているように思えた。しかし、この矛盾は、喫煙と2つの主要変数（出生体重と死亡リスク）の間に潜む変数を明らかにすることで統計的に説明できる。どちらの変数も、喫煙やその他の有害な条件によって独立して影響を受ける。出生体重は低下し、死亡リスクは増加する。しかし、それぞれの条件が両方の変数に同じ程度に影響を与えるとは限らない。
喫煙する母親から生まれた子供の出生体重分布は、母親の喫煙行動によって低体重側に偏る。そのため、本来であれば健康な赤ちゃん（母親が喫煙していなければもっと体重が重かったはずの赤ちゃん）が低体重で生まれることになる。しかし、低体重で生まれる原因が他のより深刻な医学的問題である子供と比べると、低体重児の死亡率は依然として低い。
要するに、喫煙は低出生体重児の原因となり、低出生体重児は正常出生体重児よりも死亡率が高いという点で有害であるが、低出生体重児の他の原因は一般的に喫煙よりも有害である。
喫煙による交絡因子を、層別化や多変量回帰モデルを用いて統計的に調整すると、出生体重と死亡率の関連性はゼロに近づく可能性がある。しかしながら、出生体重と死亡率に関するほとんどの疫学研究では母親の喫煙を調整しており、調整後の結果は、喫煙を調整した後に関連性が弱まるものの、依然として有意な関連性を示している。
出生体重と死亡率にはそれぞれ独立した対策が講じられるという仮説を裏付けるさらなる証拠は、コロラド州の出生データの分析から得られた。米国全体の出生体重分布と比較すると、コロラド州の分布曲線も低体重側にシフトしている。しかし、コロラド州の子どもの全体的な死亡率は米国全体の子どもの死亡率と同じであり、上記のように低体重を補正すると、特定の（補正後の）体重の赤ちゃんは、コロラド州出身かそうでないかにかかわらず、死亡する確率は同じであることがわかる。このことから考えられる説明は、コロラド州の標高が高いことが出生体重には影響を与えるが、死亡率には影響を与えないということである。