「原發性肉毒堿缺乏癥」的成因是因為:細胞膜上的「肉毒堿運輸裝置」(carnitine transporter)缺乏，導致肉毒堿在尿中流失，最后造成體內的缺乏。而細胞內的肉毒堿缺乏，會使得長鏈脂肪酸進入粒線體的步驟出問題。因此，便沒有足夠的長鏈脂肪酸作為β-氧化作用、及產生能量。當然也無法產生足夠的酮體為大腦使用。
同時，粒線體內的free CoA的調節也受到影響，導致大量的acyl-CoA esters累積在粒線體內。最終，即是所有需以free CoA作為媒介的代謝作用皆受影響(如克雷伯氏循環、pyruvate氧化作用、胺基酸代謝、粒線體及過氧化體的β-氧化作用)。