Kinderen met PKU worden gezond geboren. Doordat bij hen het enzym phenylalanine hydroxylase geheel of gedeeltelijk ontbreekt, kunnen zij het aminozuur phenylalanine niet goed afbreken. Als een PKU-patiënt niet wordt behandeld, zorgt de ophoping van phenylalanine voor hersenbeschadiging, waarvan de eerste tekenen een half jaar na de geboorte duidelijk worden (het kind blijkt een ontwikkelingsachterstand te hebben).
PKU is echter goed te behandelen. Als de behandeling tijdig wordt gestart en goed wordt volgehouden, wordt een ontwikkelingsstoornis voorkomen. In Nederland worden alle patiënten opgespoord door middel van het hielprikonderzoek. Daardoor kunnen zij vanaf hun eerste levensweken worden behandeld.

Hyperphenyalaninemie
Sommige patiënten hebben slechts een licht verhoogde hoeveelheid phenylalanine in hun bloed. Bij hen is het niet nodig dat zij het (strenge) dieet voor PKU volgen. Wel krijgen ze soms een lichte eiwitbeperking.

Variant PKU
Er zijn nog zeer zeldzame varianten van PKU, die voorkomen bij ongeveer één tot drie procent van de PKU-patiënten. Bij hen zorgt het enzymdefect voor een tekort aan neurotransmitters, stoffen die betrokken zijn bij de prikkeloverdracht in het zenuwstelsel. Als deze patiënten niet behandeld worden, krijgen zij een ernstige neurologische aandoening. Dit is eigenlijk geen PKU, maar een probleem in de stofwisseling van neurotransmitters. Ook voor deze ziekten is behandeling mogelijk waarmee de schadelijke effecten van het enzymdefect worden voorkomen.