Tanto os doentes com PKU clássica como os doentes com deficiência de cofactores têm hiperfenilalaninemia, mas os doentes com hiperfenilalaninemia não causam necessariamente PKU, pelo que a PKU deve ser diferenciada de outros doentes hiperfenilalaninémicos. Embora a causa da hiperfenilalaninemia transitória também se deva a uma HAP defeituosa, não se deve a uma mutação no gene da HAP, mas sim a uma HAP imatura, resultando numa concentração elevada de fenilalanina no sangue de 1,22 mmol/L. No entanto, com o tempo, a concentração de fenilalanina no sangue pode diminuir para valores normais e pode ser diferenciada através do acompanhamento dos níveis de fenilalanina no sangue. A hiperfenilalaninemia aminotransferase é causada por uma deficiência da fenilalanina aminotransferase. Esta doença não causa fenilcetonúria e os níveis de fenilalanina no sangue são normalmente normais. Não é difícil distingui-la da PKU porque os níveis de fenilalanina no sangue aumentam quando se ingere uma dieta rica em proteínas e os níveis dos metabolitos da fenilalanina são normais. A PKU ligeira também só pode ser diferenciada da PKU induzida por cofactores através de um diagnóstico genético e da medição dos níveis de tirosina no sangue ou de testes de carga de fenilalanina para determinar o rácio entre a fenilalanina e a tirosina.