苯丙酮尿症是一种常染色体隐性遗传病。这意味着，患者必须从父母双方各继承一个突变的PAH基因，才会表现出PKU的症状。PAH基因负责编码苯丙氨酸羟化酶，这种酶在苯丙氨酸代谢过程中起关键作用。当PAH基因发生突变时，酪氨酸合成受阻，导致苯丙氨酸在体内积累。
目前已知有超过400种PAH基因突变与PKU相关。突变类型的多样性使得PKU的诊断和管理变得复杂，但也为基因检测提供了重要的依据。