本病是由于肝、腎組織缺乏延胡索酰乙酰乙酸水解酶(FAH)所致。FAH的編碼基因位于15q23～q25，含有14個外顯子，長約30～50Kb。酶缺乏時體內馬來酰乙酰乙酸、延胡索酰乙酰乙酸以及由它們的旁路代謝途徑生成的琥珀酰丙酮和琥珀酰乙酰乙酸發生累積。后兩者與蛋白質的SH基結合可能是造成肝、腎功能損傷的主要原因；FAH缺陷時還使酪氨酸代謝途徑中的4-羥基苯丙酮酸二氧化酶(pHPPD)活力降低，造成血中酪氨酸增高和尿中排出大量對-羥基苯丙酮酸及其衍生物，發生這種情況的機制尚不清楚。
患兒體內異常累積的琥珀酰丙酮還具有強力抑制delta；-氨基-gamma；酮戊酸脫水酶(delta；-ALAdehydrase)活性的作用，影響到卟啉的合成代謝，可使患兒尿中大量排出delta；-氨基-gamma；酮戊酸(delta；-ALA)并出現間隙性卟啉病的臨床癥狀。這類患兒肝細胞和紅細胞中delta；-氨基-gamma；酮戊酸脫水酶的活性明顯減低；累積的琥珀酰丙酮還影響細胞生長、免疫功能和腎小管轉運功能。