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La prevalenza varia in base all'etnia ed è stimata in 1/20.000 - 1/70.000 neonati in Europa e negli USA, mentre in Giappone l'incidenza è stimata in 1/40.000. Nelle Isole Faroe la prevalenza è 1/1.300 e l'incidenza 1/720.

Di solito la malattia esordisce nell'infanzia, tra i 3 mesi e i 2 anni. Spesso i neonati presentano ipoglicemia ipochetotica, difficoltà di alimentazione, irritabilità, letargia ed epatomegalia, scatenate da stress da digiuno o malattie comuni come le gastroenteriti e le infezioni delle vie respiratorie. Circa la metà dei pazienti sintomatici presenta ipotonia muscolare e cardiomiopatia infantile progressiva che esita nell'insufficienza cardiaca. Talvolta è presente anemia, in quanto la carnitina svolge un ruolo nel metabolismo dei globuli rossi. Gli adulti presentano sintomi più lievi, come l'affaticamento e la diminuzione della resistenza, ma sono stati descritti pazienti con cardiomiopatia dilatativa, aritmie e morte cardiaca improvvisa. Sono stati descritti anche adulti asintomatici. Durante la gravidanza, i sintomi più lievi e le aritmie cardiache possono peggiorare.

La malattia è causata da mutazioni nel gene SLC22A5, che mappa sul cromosoma 5q31.1, che codifica il trasportatore della carnitina ad alta affinità sodio-dipendente attraverso la membrana plasmatica (OCTN2), che è espresso nella maggior parte dei tessuti, compresi i fibroblasti in coltura, i linfociti, i muscoli, i reni, l'intestino ed il cuore, ed è necessario per il trasporto della L-carnitina attraverso la membrana plasmatica. La L-carnitina svolge un ruolo fondamentale nel trasporto degli acidi grassi a catena lunga nei mitocondri per la loro ossidazione. Quando, a causa della malattia, i grassi non possono essere utilizzati per l'ossidazione, viene consumato il glucosio (con conseguente ipoglicemia) e il grasso rilasciato dal tessuto adiposo si accumula nel fegato, nel cuore e nei muscoli scheletrici, causando la steatosi epatica e la miopatia lipidica.

La diagnosi si basa sulla presenza di concentrazioni molto basse di carnitina libera e totale nel plasma (<5-10 micromol/L) ed è confermata dall'individuazione di una significativa riduzione del trasporto della carnitina nei fibroblasti cutanei o di mutazioni bialleliche patogenetiche nel gene SLC22A5. Sono anche presenti miopatia lipidica con accumuli microvescicolari di lipidi nei muscoli e nel fegato, elevate transaminasi epatiche, iperammoniemia e marcata perdita di carnitina attraverso i reni, anche in presenza di concentrazioni molto basse nel plasma e nei tessuti. Lo screening neonatale è disponibile in Austria, Danimarca, Ungheria, Islanda, Portogallo e Spagna.

La diagnosi differenziale si pone con altri difetti dell'ossidazione dei grassi, come il deficit di acil-CoA deidrogenasi a catena media e il deficit di acil-CoA deidrogenasi a catena molto lunga.

La trasmissione è autosomica recessiva. La consulenza genetica è possibile nelle famiglie con mutazione nota.

La terapia con carnitina costituisce il trattamento d'elezione. Di solito è necessaria l'integrazione di levocarnitina (L-carnitina) per via orale (100-400 mg/kg/die in tre dosi) per tutta la vita.

La prognosi è molto favorevole, purché non si interrompa l'assunzione di carnitina per os.