Alkaptonuuriat põhjustavad muutused homogentisaat 1,2-dioksügenaasi (HGD) geenis (3q13.33 piirkonnas), mis põhjustavad maksaensüümi homogentisaat-1,2-dioksügenaasi defitsiidi. Ilma funktsionaalse ensüümita, fenüülalaniini ja türosiini ei lammutata korralikult ning kehas hakkab kuhjuma homogentisiinhape (HGA). Liigne HGA ning selle metaboliidid hoiustatakse sidekoes (kõhr, nahk), mis muudab need tumedamaks. Kuna uriiniga väljutatakse suurenenud koguses HGA-d ja tema oksüdeerunud vormi alkaptooni, iseloomustab alkaptonuurikut uriini tumenenud (mustjas) värv, sest HGA oksüdeerub õhu käes musta värvi pigmendiks. HGA akumuleerumine organismis põhjustab häireid kõhr- ja luukoe arengus, ka esineb suurem tõenäosus neerukivide, kusepõie kivide ja eesnäärme ning süljenäärme kristallide (kivide) tekkeks.
