Sơ đồ tóm tắt cơ chế gây bệnh phênimkêto niệu ở người:
Gen mã hóa enzym xúc tác cho quá trình chuyển hóa aa pheninalanin thành tirozin trong cơ thể bị đột biến → không tổng hợp được enzim chức năng → phêninalanin không được chuyển hoá thành tirôzin →phêninalanin bị ứ đọng trong máu → chuyển lên não đầu độc tế bào thần kinh→ bệnh nhân bị thiểu năng trí tuệ.
Gen mã hóa enzim xúc tác bị đột biến → axit amin phêninalanin không được chuyển hoá thành tirôzin → phêninalanin bị ứ đọng trong máu, chuyển lên não đầu độc tế bào thần kinh làm bệnh nhân bị thiểu năng trí tuệ dẫn đến mất trí.