Fenüülketonuuria (PKU) on pärilik haigus, mille puhul organism ei suuda lagundada fenüülalaniini, asendamatut aminohapet, mida leidub valke sisaldavates toiduainetes, nagu juust, liha ja piim. Fenüülketonuurial ei ole palju erinevaid põhjuseid, kuna pärilik haigus tähendab, et haigus esineb perekonnas. Selles mõttes võib öelda, et üks fenüülketonuuria põhjusi on see, et haigestunud isiku mõlemad vanemad kannavad ja edastavad oma lapsele defektse fenüülalaniini hüdroksülaasi (PAH) geeni. Üldiselt on aga fenüülketonuuria põhjused PAH geeni mutatsioonid, kusjuures haigusseisundi tõsidust määravad erinevad mutatsioonid.
Autosomaalse retsessiivse häirena tekib fenüülketonuuria, kui laps pärib defektse PAH geeni mõlemalt vanemalt. Mõjutatud isiku vanematel ei pruugi haigus olla, sest neil on ainult üks defektne geenikoopia, mitte kaks, nagu nende laps. Inimest, kes kannab geeni, kuid kellel ei ole häiret, nimetatakse kandjaks. Enamikul juhtudel annavad kandjad geeni edasi teadmata. Selle põhjuseks on asjaolu, et kandjatel ei esine tavaliselt häire sümptomeid ja nad ei mõista, et nad kannavad defektset geeni.
Kuigi PAH geeni mutatsioonid on fenüülketonuuria põhjused, põhjustavad nende mutatsioonide erinevad tasemed fenüülketonuuria erinevaid vorme. Selle mõistmiseks on kõige parem omada taustateavet häire enda kohta. Põhimõtteliselt kannab PAH geen juhiseid, mis võimaldavad kehal toota fenüülalaniini hüdroksülaasi ensüümi, mis vastutab fenüülalaniini lagundamise ja selle muudeks ühenditeks muutmise eest. Mutatsioonid PAH-geenis võivad selle ensüümi tootmist vähendada või täielikult peatada, mis võimaldab fenüülalaniinil akumuleeruda organismis liigsetes kogustes. Selle aminohappe kogunemine on ohtlik, kuna see võib kahjustada kesknärvisüsteemi ja põhjustada ajukahjustusi.
Häire kerged vormid, nagu fenüülketonuuria variant, tekivad siis, kui geenimutatsioon võimaldab siiski teatud ensüümi aktiivsust kehas säilitada, aidates tõhusalt kaasa fenüülalaniini lagundamiseks. Raskem vorm, klassikaline fenüülketonuuria, tekib siis, kui ensüümi aktiivsus puudub või on nii vähenenud punktini, kus on lubatud aminohapete kogunemine. Kuigi PAH geeni erinevad mutatsioonid määravad haige inimese seisundi tõsiduse, arvatakse, et fenüülketonuuria raskusastmes võivad rolli mängida ka teised geenid, kuigi selle kohta pole palju teada.