La homocisteína (Hcy) es un aminoácido con un grupo tiol que se sintetiza por desmetilación intracelular de la metionina. La Hcy se metaboliza por una de estas dos vías: transsulfuración y remetilación. Las vitaminas del grupo B y el folato son necesarios como sustratos en el metabolismo de la homocisteína. La elevación de los niveles plasmáticos de Hcy se denomina hiperhomocisteinemia. La homocisteína total (tHcy) representa la suma de todas las formas de Hcy, incluidas las formas oxidada, ligada a proteínas, tiolactona y libre. La hiperhomocisteinemia puede definirse en relación con los niveles de tHcy como moderada, intermedia o grave. Los niveles elevados de Hcy pueden deberse a:
1. Deficiencias genéticas en enzimas implicadas en el metabolismo de la Hcy, como la cistationina beta‑sintasa (CBS), la metionina sintasa y la metilentetrahidrofolato reductasa;
2. Deficiencia nutricional en las vitaminas del grupo B (B6, B12 y folato), cuyos niveles se correlacionan inversamente con los niveles de Hcy;
3. Insuficiencia renal debida a un aclaramiento defectuoso de la Hcy del riñón;
4. Otras causas, como la disfunción tiroidea, el cáncer, la psoriasis y la diabetes, así como diversas drogas, el alcohol, el tabaco, el café, la edad avanzada y la menopausia.

La hiperhomocisteinemia grave se produce en la homocistinuria, un trastorno metabólico innato caracterizado por deficiencias de la cistationina β‑sintasa (CBS), una de las enzimas involucradas en el metabolismo de Hcy a cisteína. Para el diagnóstico de la deficiencia de CBS, se recomienda medir los niveles de tHcy. El diagnóstico es muy probable si una concentración elevada de tHcy se acompaña de valores elevados o limítrofes de metionina plasmática, respaldadas si métodos sensibles demuestran concentraciones de cistationina plasmática bajas con una relación de metionina a cistationina aumentada. La hiperhomocisteinemia es también el sello distintivo de los trastornos hereditarios de la remetilación. La tHcy plasmática se recomienda como primer parámetro bioquímico para evaluar cuando se sospecha de un trastorno de remetilación. Las personas con trastornos de la remetilación suelen presentar concentraciones elevadas de tHcy pero, a diferencia de las personas con deficiencia de CBS, los niveles de metionina suelen ser normales o disminuidos. También se recomienda la medición de tHcy para descartar la deficiencia de CBS en el diagnóstico diferencial de trastornos hereditarios de la metilación como la deficiencia de metionina adenosiltransferasa I/III y la glicina deficiencia de N‑metiltransferasa. En este caso, un nivel de tHcy bajo o ligeramente aumentado puede ayudar a descartar una deficiencia de CBS. Se ha descubierto que niveles elevados de tHcy están asociados con numerosas condiciones patológicas, incluidas enfermedades cardiovasculares (ECV), accidentes cerebrovasculares, enfermedad de Alzheimer, enfermedades oculares, enfermedad renal crónica, daños en el tejido óseo, trastornos gastrointestinales, cáncer, defectos congénitos y complicaciones del embarazo.