La MELAS è un disturbo neurodegenerativo progressivo con insorgenza tipica fra i 2 ed i 15 anni, sebbene si possa manifestare sia nell'infanzia che più tardi nell'età adulta. I sintomi iniziali possono essere episodi di simil-ictus, attacchi epilettici, emicranie, cefalee, e vomito ricorrente.

Solitamente, il paziente appare normale durante l'infanzia, sebbene sia frequente una bassa statura. Meno frequente che i sintomi siano presenti fin dalla prima infanzia, nel qual caso possono comprendere ritardo nello sviluppo, disabilità nell'apprendimento o disturbo o carenza nell'attenzione. Anche l'intolleranza all'esercizio, la debolezza degli arti, la perdita di udito, ed il diabete possono precedere il manifestarsi degli episodi di simil-ictus.

Gli episodi di simil-ictus, spesso accompagnati dagli attacchi epilettici, sono il sintomo che costituisce il marchio della MELAS e causano paralisi parziali, perdita di visione, e difetti neurologici focali. Dal graduale accumularsi degli effetti di questi episodi spesso ne risulta una variabile combinazione di perdita di capacità motorie (il parlare, movimenti, e il mangiare), di danneggiamento sensorio (perdita della vista e perdita di sensazioni corporee), e danneggiamento mentale (demenza). I pazienti MELAS possono soffrire anche di ulteriori sintomi comprendenti: debolezza muscolare, disfunzione dei nervi periferici, diabete, perdita di udito, problemi cardiaci e renalei, e anormalità nella digestione. L'acidosi lattica solitamente si accumula ad alti livelli nel sangue, nel liquido cerebrospinale, o entrambi.

La MELAS viene ereditata per via materna ed è causata da un difetto nel DNA all'interno del mitocondrio. Ci sono almeno 17 differenti mutazioni che possono causare la MELAS. Fra le quali la più prevalente è la mutazione A3243G, la quale è responsabile di circa l'80% dei casi. L'incidenza è sconosciuta, sebbene gli studi epidemiologici sulla mutazione MELAS 3243 del mtDNA abbiano stimato che la prevalenza sia di 1-16/100.000 nella popolazione adulta.

Non ci sono cure o trattamenti specifici per la MELAS. Sebbene sperimentazioni cliniche non hanno provato la loro efficacia, i trattamenti generici possono includere terapie metaboliche come: il CoQ₁₀, il dicloroacetato (DCA), la creatina, il menadione, il fillochinone (vitamina K), e altre vitamine e integratori. Per il trattamento di altri ulteriori sintomi possono essere necessari altri farmaci come gli antiepilettici e l'insulina. Alcuni pazienti con disfunzione muscolari possono trarre benefico da un esercizio moderato e controllato.

La prognosi per la MELAS è negativa. Tipicamente, l'età della morte è fra i 10 ed i 35 anni, sebbene alcuni pazienti possano vivere più a lungo. La morte può derivare da una deteriorazione corporea generale dovuta alle progressive demenza e debolezza muscolare, o a complicazioni di altri organi affetti come il cuore o i reni.