Sposobnost gena da izaziva višestruke fenotipske učinke je pleiotropni učinak. Primjer za to je genetička kontrola metaboličkih putova. Metabolički putovi su vrlo složeni, ponekad razgranati, a često jedan enzim povezuje nekoliko njih. Prekid (blok) u jednom metaboličkom putu zbog mutacije gena za enzim izaziva stoga mnogobrojne fenotipske učinke. Primjerice pleiotropni učinak gena kod metaboličke nasljedne bolesti fenilketonurije (PKU) vidljiv je zbog bloka u metabolizmu aminokiseline fenilalanina koji uzrokuje slabu pigmentacija kože, kose i očiju, mentalnu retardaciju zbog nakupljanja fenilalanina u mozgu te akumulaciju fenilalanina u krvi i urinu. Engleski liječnik Garrod je prvi uočio vezu između gena i enzima proučavajući pacijente s nasljednom metaboličkom bolesti alkaptonurijom, što je posljedica metaboličkog defekta tirozina. Grana genetike koja proučava odnos između gena i enzima je biokemijska genetika (genetička kontrola biosintetskih puteva).
Mnogo je primjera pleiotropnog učinka kod ljudskih bolesti. Primjerice Marfanov sindrom, bolest koja je posljedica autosomno-dominantne mutacije gena za protein vezivnog tkiva, fibrilin. Fibrilin je protein koji je široko rasprostranjen u različitim tkivima jer održava njihov strukturni integritet. Stoga mutirani protein izaziva različite defekte u organizmu, od dislokacije očne leće, povećanog rizika za aneurizmu aorte, produženih dugih kostiju udova itd.