Door het defect in oxoglutaraat dehydrogenase ontstaat verzuring van het bloed door een teveel aan melkzuur en een tekort aan energie. Kinderen kunnen daardoor al op zeer jonge leeftijd overlijden. Ook kunnen ze neurologische klachten ontwikkelen.

Kinderen met 2-ketoglutaarzuurdehydrogenasedeficiëntie hebben vooral neurologische klachten zoals een ontwikkelingsachterstand, al vanaf de babyleeftijd, stoornissen in de motoriek (bewegen), verlaagde spierspanning (hypotonie) of verhoogde spierspanning (hypertonie, dystonie). Er kan ook ataxie ontstaan door beschadiging van de kleine hersenen. Mensen hebben dan moeite met de coördinatie van bewegingen. Veelvoorkomende problemen zijn een onzeker looppatroon ('dronkemansloop'), onduidelijk spreken ('dubbele tong') en misgrijpen. Door stapeling van afvalstoffen in de hersenen kan encefalopathie ontstaan. Daardoor wordt de hersenfunctie aangetast waardoor het bewustzijn kan verminderen en er bijvoorbeeld concentratieproblemen ontstaan. Ook de spieren kunnen zijn aangedaan waardoor er bewegingsproblemen optreden.