鳥氨酸循環中每一種酶的先天性缺陷所產生的疾病，都會導致氨在體內積聚，產生氨中毒。如氨甲酰磷酸合成酶或鳥氨酸氨甲酰基轉移酶的缺陷引起的先天性高血氨癥，可導致新生兒嘔吐、昏睡及驚厥等氨中毒癥狀；精氨琥珀酸合成酶缺陷引起的瓜氨酸血癥，精氨琥珀酸裂解酶缺陷新陳代謝引起的精氨琥珀酸血癥，以及精氨酸酶缺陷引起的高精氨酸血癥，除了相應的氨基酸在血液中的變化外，也都可出現氨中毒癥狀，嚴重時導致昏迷、乃至新生兒死亡。病人血中往往同時出現谷氨酸及谷氨酰胺升高的情況，這可能是氨過多而導致。酮戊二酸氨基化加強，產生了過多的谷氨酸及谷氨酰胺所致。
肝性腦病發病機制有多種學說，其中血氨升高仍然是引起肝昏迷的重要因素之一，體內氨的消除途徑中鳥氨酸循環是最主要的，嚴重肝病引起的鳥氨酸循環功能障礙仍然是導致血氨升高而氨進入腦組織增多的情況，是外源性氨進入肝臟增多，而肝功能障礙和鳥氨酸循環等不能及時清除氨毒所致。