O ácido metilmalônico eleva-se quando há deficiência de vitamina B12 (cobalamina), sendo útil para estabelecer esse diagnóstico e igualmente para acompanhar pessoas com determinados erros inatos do metabolismo. A deficiência da vitamina B12,  adquirida ou por erro inato de seu metabolismo assim como a deficiência da enzima metilmalonil CoA mutase resultam em diminuição da degradação do ácido metilmalônico que é eliminado em maior quantidade na urina. Esse ácido é considerado um marcador mais sensível de deficiência de B12 do que a própria dosagem da cobalamina, uma vez que retrata melhor os teores intracelulares dessa vitamina, além de ser mais estável e abundante.