本病为一种罕见的常染色体遗传疾病，其确切的常染色体变异还不清楚。结缔组织和软骨变黑为本病的基本病理改变，尿黑酸可沉积于皮肤，角膜，软骨等，使这些脏器组织变黑，累及软骨可导致软骨下骨剥脱。
苯丙氨酸和酪氨酸转化为乙酰乙酸的代谢途径(图1)，尿黑酸(HGA或2，5-二羟基苯乙酸)是该代谢途径中含有完整芳香环的最后一种化合物，催化芳香环裂解的酶即尿黑酸氧化酶，正常时存在于肝，肾组织的可溶部分，这种酶对尿黑酸的分解具有高度的特异性，且肝肾以外的组织不含这种酶，本病患者，肝，肾中完全缺乏这种酶的活性，结果可造成尿黑酸不被分解为乙酰乙酸和延胡索酸，这样就需要通过其他代谢机制以处理尿黑酸，肾脏对尿黑酸的清除率很高，肾小管主动分泌尿黑酸，肾脏一旦将尿黑酸排出体外，它就会逐渐氧化而形成能引起尿变色的聚合物，目前对尿黑酸沉积于组织引起褐黄病的机制还不太明确，尿黑酸有沉积于皮肤和软骨的倾向，在这些组织中可通过物理引力而结合这种物质，另外，尿黑酸的分解产物能不可逆性结合到结缔组织上，而形成可以引起色素沉着的聚合物，组织着色后质地脆弱，甚可能断裂，导致椎间盘和关节产生退行性病变，另外，尿黑酸还可通过抑制赖氨酰羟化酶而直接作用于胶原合成。
