Yleensä sairauden taustalta voidaan todeta geenin mutaatio, jonka seurauksena jokin elimistön entsyymi toimii virheellisesti. Entsyymin virheellinen toiminta aiheuttaa esimerkiksi
- tietyn aineenvaihduntatuotteen osittaisen tai täydellisen vajauksen,
- myrkyllisen aineen ylituotantoa elimistön rasittuessa tai
- tietyn aineenvaihduntatuotteen kertymistä vähitellen.
Häiriö voi liittyä muun muassa valkuaisaineiden, rasva-aineiden, hiilihydraattien tai nukleiinihappojen aineenvaihduntaan.
Perinnöllinen aineenvaihduntasairaus voi ilmetä missä iässä tahansa. Yleensä sairauksien vaikeat muodot alkavat oireilla hyvin varhain – jopa ennen syntymää. Vastasyntyneiden seulontatutkimuksen avulla voidaan nykyään saada selville osa aineenvaihduntasairauksista. Tällöin hoito voidaan aloittaa ennen kuin sairaus aiheuttaa varsinaisen sairastumisen, joka voi olla henkeä uhkaava ja aiheuttaa pysyviä vaurioita. Mitä lievempi sairaus, sitä myöhemmin oireisto kehittyy. Saman sairauden kasvuikään sijoittuvat löydökset voivat olla hyvin erilaisia kuin kasvuiän jälkeen aikuisena kehittyvät löydökset.
Diagnosoimattomassa tapauksessa aineenvaihdunnan häiriötä kannattaa epäillä yleisten syiden rinnalla, jos potilaalla on selittämättömiä, omituisia neurologisia löydöksiä ja psykiatrinen ongelma ja/tai jos todetaan usean sisäelimen poikkeavia löydöksiä jakautuen usealle erikoisalalle.