La fenilcetonuria es hereditaria. Ambos padres deben transmitir el gen defectuoso para que un bebé tenga la enfermedad. Esto se conoce como rasgo autosómico recesivo.

Los bebés con fenilcetonuria carecen de una enzima llamada fenilalanina hidroxilasa, que es necesaria para descomponer un aminoácido esencial llamado fenilalanina. La sustancia se encuentra en alimentos que contienen proteínas.

Sin la enzima, los niveles de fenilalanina y dos substancias estrechamente relacionadas se acumulan en el cuerpo. Estas sustancias son perjudiciales para el sistema nervioso central y causan daño cerebral.