Si tratta di un deficit enzimatico molto frequente, trasmesso con modalità recessiva o dominante legata all'X. Nelle donne, la gravità della malattia è variabile in funzione del grado di inattivazione del cromosoma X che porta la mutazione. Il deficit enzimatico completo si manifesta sempre nei maschi emizigoti con coma iperammoniemico neonatale molto grave, di solito letale; mentre nelle eterozigoti è asintomatico, oppure provoca una escrezione di acido orotico (spontaneamente o dopo carico proteico), che permette di riconoscere le portatrici, oppure determina una malattia sintomatica di gravità variabile, che comprende il disgusto per le proteine fino al vomito ciclico, al ritardo della crescita, all'ipotonia, al ritardo psicomotorio o a episodi di coma iperammoniemico o a patologie psichiatriche. Nei maschi emizigoti le mutazioni, che comportano attività enzimatica residua, causano coma iperammoniemico, ad esordio tardivo, simile alla sindrome di Reye o encefalite, a volte diagnosticato solo tardivamente, in età adulta. La diagnosi si basa sull'iperammoniemia e sulla cromatografia degli aminoacidi, che mostra un importante ipocitrullinemia, associata ad un aumento di glutammina, alanina e lisina. Durante gli episodi di coma, si osserva spesso un aumento della escrezione di acido orotico. La presenza di un albero genealogico consistente con la trasmissione di una malattia legata all'X, è molto suggestiva ai fini diagnostici. La conferma della diagnosi richiede il dosaggio enzimatico su biopsia epatica o intestinale. La terapia si basa su una dieta ipoproteica rigorosa o adattata alla tolleranza, e sulla supplementazione di citrullina, arginina, benzoato e fenilbutirrato di sodio. Alcune forme gravi sono state trattate con successo con il trapianto epatico. L'indagine familiare si basa sull'analisi molecolare che deve essere svolta sia sui genitori affetti che su quelli sani. Per la diagnosi prenatale è anche utilizzata l'analisi molecolare del gene.