高氨血癥是各型尿素循環酶缺陷疾病的最主要表現，氨基酸降解產生的大量氨分子迅速在腦細胞中與谷氨酸形成谷氨酰胺并累積在腦細胞中，使其滲透壓增高，導致了腦細胞水腫，由于星形細胞富含谷氨酰胺合成酶，因此水腫以星形細胞為主。腦水腫不僅使供血不足，且使神經元、軸突、樹狀突和突觸的功能受損，引致一系列腦代謝和神經化學異常，產生了相應的臨床征候一高血氨性腦病。除CPS和NAGs缺陷外，其他各型都造成氨甲酰磷酸的累積，當其累積至一定量時即自線粒體彌散入胞漿與天冬氨酸結合，形成乳清酸，參與嘧啶合成途徑并自尿中排出。