Pentru persoanele cu fenilcetonurie, aminoacidul numit fenilalanină (notat şi PHE) nu poate fi metabolizat din cauza insuficienţei enzimei hepatice (numite fenilalanin hidroxilaza, notată şi PAH) care lipseşte complet sau la unii pacienţi cu PKU nu acţionează corespunzător. Această enzimă realizează în mod normal conversia fenilalaninei în tirozină.
 Deși deficitul enzimei PAH este localizat în ficat, principalele leziuni sunt localizate la nivelul creierului (tulburări în dezvoltarea și funcționarea acestuia) ele datorându-se efectelor nivelelor crescute de Phe asupra proceselor celulare.
 Excesul fenilalaninei la nivelul creierului îl împiedică să crească şi să se dezvolte normal astfel încât, dacă un copil cu PKU nu este tratat corepunzător din copilărie, acest exces va determina modificări ale creierului şi retard mental.
 Dacă rezultatul unui test făcut la naşterea copilului arată că este purtător al acestei boli şi se începe rapid tratamentul (cu menţinerea fenilalaninei în limite acceptate), retardul mental poate fi prevenit.
 Sub aspect clinic copilul afectat este normal la naștere (lipsește orice manifestare clinică).
 Primele manifestări în fenilcetonurie clasică nediagnosticată și netratată precoce devin clinic vizibile în jurul vârstei de 3-4 luni. Astfel, principalele simptome clinice sunt reprezentate de retardarea mentală și tulburările psihice, anomalii neurologice și simptome din partea altor organe.
 În fenilcetonuria clasică netratată, cea mai constantă și cea mai importantă manifestare clinică prin gravitatea sa, este suferința neuropsihică. Aceasta se manifestă prin hipotonie sau hipertonie generalizată, tulburări de statică și dinamică, paraplegie spastică. După vârsta de un an copilul devine hiperactiv, prezentând mișcări involuntare, de balansare, atetoză, comportament eratic, imprevizibil, greu de controlat, tendințe distructive, autoagresare, impulsivitate, episoade de agitație. Prezintă mișcări bizare ale corpului, mișcări stereotipe ale degetelor și mâinilor asemănătoare cu ale copiilor cu autism. Comunicarea verbală și nonverbală este sever afectată sau inexistentă. .
 Pacienții pot prezenta un miros neplăcut de transpirație, iar urina emană un miros asemănător urinei de șoarece (datorită acidului fenilacetic eliminat anormal în urină). Unii indivizi pot avea dificultăți în articularea și pronunțarea cuvintelor. Identificarea precoce și implementarea logopediei poate asigura o bună dezvoltare a limbajului.
 După începerea tratamentului, copiii nu mai prezintă crize, EEG-ul se normalizează, se corectează microcefalia și părul iși recapată culoarea naturală.
 Prevenirea complicațiilor la copiii cu fenilcetonurie se realizează prin diagnostic precoce, ideal prin screening chiar la naștere, urmat de o intervenție terapeutică susținută pe parcursul întregii vieți.
 Principalul tratament în fenilcetonurie până în prezent este administrarea dietei cu conţinut scăzut în fenilalanină. Dieta trebuie să fie corepunzătoare pentru a menţine nivelul sanguin al fenilalaninei în limitele sigure.
 Pentru asigurarea necesarului de proteine şi a celorlalţi nutrienţi la copiii cu fenilcetonurie s-au introdus preparate medicale (FORMULE SPECIALE) alături de dieta restrictivă (CU CONŢINUT SCĂZUT) în fenilalanină.