De symptomen van de verschillende ureumcyclusdefecten vertonen zulke sterke overeenkomsten dat het niet mogelijk is om enkel op grond van de symptomen het ziektebeeld te benoemen. Tussen patiënten zijn er echter wel grote verschillen in de ernst van de symptomen. Ook is er onderscheid te maken tussen vroeg- en laatuitende varianten.

Neonataal optredende ureumcyclusdefecten
Bij deze patiënten treden de eerste ziekteverschijnselen al op in de eerste dagen na de geboorte. Vaak komen ze met acute problemen op de neonatale intensive care-afdeling terecht. Helaas overleven veel patiënten die eerste ontregeling niet. Degenen die wel overleven, kunnen bij elke verkoudheid het risico lopen om opnieuw te ontregelen. Dan kunnen de hieronder beschreven symptomen voorkomen. Met een aangepast dieet kan de kans op ontregelingen worden verminderd (zie 'Behandeling').

Later optredende varianten
Bij sommige patiënten treden de ziekteverschijnselen die horen bij een defect in de ureumcyclus pas op na 'metabole stress', zoals een infectie of ziekte met koorts. Ook zij kunnen dan de hieronder beschreven symptomen vertonen. De behandeling met een dieet kan de kans op verdere ontregelingen verlagen.

Milde varianten van de ziekte
Sommige patiënten met een ureumcyclusdefect hebben zulke milde verschijnselen dat ze met een dieet alleen vrijwel geen klachten hebben.

De hieronder genoemde symptomen kunnen in meer of mindere mate voorkomen. Ook als de patiënten behandeld worden, kan ziekte (koorts bij griep of na een vaccinaties) of spanning (verjaardag, Sinterklaas met name bij kinderen) de oorzaak zijn van een ontregeling, waarbij de symptomen van hun ziekte optreden.

Gebrek aan eetlust
Kenmerkend voor het begin van een ontregeling bij patiënten met een ureumcyclusdefect is het verlies van eetlust. Vaak gaat dat gepaard met braken en de hieronder genoemde sufheid. In het algemeen hebben patiënten ook een afkeer van voedsel waar veel eiwit in zit. Dat kan leiden tot voedingsproblemen met spugen en voedselweigering, ondervoeding en een vertraagde groei.

Sufheid
Ontregelde patiënten zijn vaak slaperig en suf, willen niets, en reageren nauwelijks op hun omgeving. Die sufheid kan overgaan in een coma en zonder behandeling zelfs leiden tot plotselinge dood. Andere patiënten kunnen juist weer reageren met prikkelbaarheid, gedragproblemen of vreemd gedrag. Bij later optredende varianten kunnen vooral de gedragsveranderingen of zelfs psychiatrische verschijnselen op de voorgrond staan. 

(Epileptische) aanvallen en spierspanning
Vooral jonge kinderen kunnen last hebben van (epileptische) aanvallen. Ze kunnen daarnaast erg gespannen spieren hebben of juist heel slap zijn. Vaak zijn de kinderen prikkelbaar en hebben ze een coördinatiestoornis (ataxie).

Mentale effecten en gedrag
Veel patiënten houden hersenschade over aan met name de eerste ontregeling. Meestal hebben ze een achterstand in hun verstandelijke ontwikkeling. Er kunnen ook gedragsstoornissen zijn. Vooral oudere kinderen kunnen last krijgen van psychotische wanen en autistisch gedrag. Ook kunnen ze hallucinaties hebben.

Orgaanfalen
Door zuurvergiftigingen kunnen de organen van deze patiënten aangetast raken. Sommige patiënten hebben een vergrote lever. Ook leverschade (cirrose), nierfalen en longbloedingen komen voor.

Overig
Overige symptomen zijn: donkere vlekken in het gezichtsveld, bloedcirculatiestoornissen en fragiel haar en kale plekken (vooral bij argininobarnsteenacidurie). Ook kunnen (jonge) kinderen last hebben van hyperventileren.