Baik pasien PKU klasik maupun defisiensi kofaktor memiliki hiperfenilalaninemia, tetapi mereka yang mengalami hiperfenilalaninemia tidak selalu menyebabkan PKU, sehingga PKU harus dibedakan dari pasien hiperfenilalaninemia lainnya. Meskipun penyebab hiperfenilalaninemia transien juga disebabkan oleh PAH yang rusak, hal ini bukan karena mutasi pada gen PAH, tetapi karena PAH yang belum matang, yang mengakibatkan peningkatan konsentrasi fenilalanin darah sebesar 1,22 mmol/L. Namun, seiring berjalannya waktu, konsentrasi fenilalanin darah dapat menurun hingga normal dan dapat dibedakan dengan kadar fenilalanin darah lanjutan. Hiperfenilalaninemia aminotransferase disebabkan oleh kekurangan fenilalanin aminotransferase. Kondisi ini tidak menyebabkan fenilketonuria dan kadar fenilalanin darah biasanya normal. Tidak sulit untuk membedakannya dengan PKU karena kadar fenilalanin darah meningkat ketika mengonsumsi makanan berprotein tinggi dan kadar metabolit fenilalanin normal. PKU ringan juga dapat dibedakan dari PKU yang diinduksi kofaktor hanya dengan diagnosis genetik dan pengukuran kadar tirosin darah atau tes pembebanan fenilalanin untuk menentukan rasio fenilalanin terhadap tirosin.