Il ciclo dell'urea descrive come le cellule epatiche convertono l'ammoniaca in urea. L'ammoniaca è un prodotto di scarto tossico del catabolismo proteico. Gli animali terrestri devono convertire l'ammoniaca nell'urea meno tossica che può essere eliminata in modo sicuro dai reni attraverso l'urina. Gli animali marini espelleno direttamente l'ammoniaca e l'acqua circostante diluisce l'ammoniaca a livelli sicuri.

Ci sono cinque passaggi fondamentali nel ciclo dell'urea:

1. la conversione dell'ammoniaca (NH₃₎in carbammilfosfato
2. l'introduzione dell'ornitina nella trasformazione del carbammilfosfato in citrulllina
3. la trasformazione della citrullina in arginosuccinato che coinvolge l'energia dell'aspartato e chimica (ATP)
4. la conversione di arginosuccinato in arginina con fumarato come sottoprodotto
5. la formazione di urea e ornitina da arginina

Si noti che l'ornitina viene utilizzata nel secondo passaggio e viene rigenerata nell'ultimo passaggio. Poiché l'ornitinia viene riciclata, il ciclo dell'urea è talvolta indicato come il ciclo ornitinale.

Livelli elevati di ammoniaca nel sangue, o iperammonemia, deriva da un'interruzione del ciclo di urea. Questo può verificarsi a livello di organo dove il tessuto cicatriziale blocca l'afflusso di sangue al fegato. Il tessuto cicatriziale, o cirrosi, può derivare da abuso cronico di alcol, epatite B o infezione da epatite C.

All'interno delle cellule del fegato, interruzione del ciclo di urea può verificarsi anche in uno dei suoi cinque passi. La carenza di transcarbamilasi ornitina (OTCD) è una malattia metabolica ereditaria che si traduce in una carenza di enzimi completi o parziali nel passaggio 2, che colpisce la produzione di citrullina da ornitina e carbammilfosfato.

L'iperammonemia negli adulti, derivante da cirrosi o disturbi metabolici a esordio tardivo, può provocare deficit di attenzione e altri disturbi cognitivi. Essi sono anche ad alto rischio di morte per insufficienza epatica. Nei neonati con carenza di enzimi a esordio precoce, ci si possono aspettare ritardi nello sviluppo. Se non diagnosticati e trattati, questi neonati rischiano il coma e la morte. Come elevata ammoniaca danneggi il cervello per produrre ritardi cognitivi e di sviluppo non è ancora pienamente compreso; tuttavia, disturbi nei livelli di aminoacido e neurotrasmettitore, interruzioni nella funzione del canale ionico, e deficit di energia nel cervello sono stati proposti come possibili meccanismi.