La fenilcetonuria, también conocida como PKU, es el error congénito más frecuente del metabolismo de los aminoácidos. La forma grave o PKU clásica no tratada, causa una discapacidad intelectual, aunque los programas de detección en el período neonatal, el diagnóstico y el tratamiento evitan la aparición de los síntomas. A pesar de un diagnóstico y tratamiento temprano hemos observado cierta neurotoxicidad en los pacientes con PKU tratados. Analizamos los demás factores implicados, aparte de la toxicidad por las elevadas concentraciones cerebrales de fenilalanina (Phe), se revisan los defectos de síntesis de neurotransmisores, las alteración de la mielinización cerebral, el efecto de la elevación de Phe en los procesos de transporte y distribución de los aminoácidos neutros con una síntesis anómala de proteínas cerebrales, la deficiencia plasmática y cerebral de tirosina, la neurotoxicidad de los metabolitos de Phe, el defecto de la biosíntesis del colesterol o el aumento del estrés oxidativo. Las alteraciones de la sustancia blanca en los pacientes con PKU tienen un papel importante en las manifestaciones neurológicas. El tratamiento de la PKU es para toda la vida y se basa en la reducción del aporte de alimentos que contienen Phe combinado con la administración de una fórmula especial, o en el tratamiento con tetrahidrobiopterina (BH4). Se analizan nuevas opciones terapéuticas.