De ziekte van Tay-Sachs wordt veroorzaakt door een tekort aan activiteit van het enzym hexosaminidase A. Hierdoor vindt stapeling plaats van bepaalde vetten (gangliosiden) in de hersenen. Deze stapeling heeft ernstige gevolgen, waarvan de eerste tekenen meestal in de derde tot vijfde levensmaand tot uiting komen. Er zijn ook later optredende vormen van de ziekte. Die zijn veel zeldzamer.

Klassieke variant van de ziekte van Tay-Sachs
Kinderen met de ziekte van Tay-Sachs worden normaal geboren, maar vertonen vaak vanaf de leeftijd van een paar maanden de eerste symptomen van hun ziekte. De eerste tekenen verschillen van patiënt tot patiënt. Vaak is er een vertraging in de verstandelijke en motorische ontwikkeling. Aangedane kinderen zijn schrikachtig en rusteloos en maken minder oogcontact. Ook zijn ze vaak lusteloos en slap doordat ze een te lage spierspanning hebben.
Soms leert een patiëntje wel bepaalde motorische vaardigheden, zoals kruipen en zitten. Na verloop van tijd verliezen ze die vaardigheden echter weer. Meestal zijn ze verdwenen op de leeftijd van 10 tot 12 maanden. Zowel de motorische als geestelijke aftakeling zetten daarna zeer snel door. Epileptische aanvallen, als gevolg van de aantasting van het centrale zenuwstelsel, beginnen meestal op de leeftijd van een jaar.
In hun ogen is een duidelijke kersrode vlek te zien (de ‘cherry-red spot’). Net als hun motorische vaardigheden gaat het zicht van de patiënt ook achteruit. Kinderen gaan slechter zien en worden uiteindelijk vaak blind.
De totale achteruitgang leidt vaak tot een vegeterende toestand, meestal vanaf het tweede levensjaar. Een kind met de ziekte van Tay-Sachs overlijdt meestal op jonge leeftijd. Longontsteking, veroorzaakt door een oppervlakkige ademhaling of de onmogelijkheid te hoesten, of onbehandelbare epilepsie zijn vaak oorzaken van overlijden.

Juveniele Tay-Sachs
Bij de zeldzame variant juveniele Tay-Sachs, treden de symptomen later op dan bij de klassieke variant van de ziekte van Tay-Sachs. Dit komt doordat de rest-enzymactiviteit van het hexosaminidase A iets hoger is. Daardoor openbaren coördinatiestoornissen zich hier tussen het tweede en zesde levensjaar, gevolgd door progressieve dementie, spraakverlies en toenemende spasticiteit voor het tiende levensjaar. Over het algemeen treedt blindheid in een veel later stadium op dan bij de klassieke Tay-Sachs variant. Op 10-12 jarige leeftijd wordt gewoonlijk een vegetatief stadium bereikt, enkele jaren later gevolgd door de dood.

Adulte Tay-Sachs
Sommige Tay-Sachs patiënten krijgen pas last van symptomen van de ziekte, wanneer ze tussen 15 en 30 jaar oud zijn. De eerste symptomen zijn dan onhandigheid en subtiele gedragsveranderingen.
Later krijgen patiënten andere neurologische problemen, zoals spierzwakte, krampen, coördinatiestoornissen en spraakproblemen. Sommige patiënten krijgen ook verstandelijke problemen, zoals geheugenverlies, begripsmoeilijkheden en achteruitgang in schoolprestaties. Zij kunnen gedragsveranderingen vertonen, waaronder verminderde aandacht en persoonlijkheidsveranderingen en psychoses en depressies.
Er is nog veel onduidelijkheid over deze vorm van Tay-Sachs, waardoor het moeilijk is het verloop te voorspellen.