המחלה נובעת מחוסר פעילות של האנזים פניל-אלנין הידרוקסילאז בכבד. אם החולים ניזונים מדיאטה רגילה הם אינם יכולים לפרק את הפנילאלנין שבמזון, כתוצאה מהחסר באנזים. בעקבות הצטברות הפנילאלנין הם מפתחים סימנים קשים ובעיקר פיגור שכלי ומחלה נוירולוגית חמורה.
בארץ, כמו בחלק גדול של מדינות העולם, כל היילודים נבדקים מיד לאחר הלידה למחלה זאת, מאחר ואבחון מוקדם של המחלה מאפשר טיפול יעיל ומניעת הפיגור.
המחלה אוטוזומאלית רציסיבית, כלומר הסיכון לילד חולה קיים רק כאשר שני בני הזוג נשאים של אותו גן בלתי תקין.
המחלה שכיחה יחסית ביהודים ממוצא תימני, טוניסאי ויהודים ממוצא קווקאזי (דגסטאן) אך קיימת גם בכל העדות אחרות. יש לציין שהמחלה נדירה מאוד בקרב יהודים אשכנזים.
לאור קיום טיפול יעיל במחלה, אין המלצה לבצע בדיקות לגילוי זוגות בסיכון.
