α-Талассемия. В основе заболевания лежит нарушение α-цепи, что ведёт к уменьшению образования всех физиологических видов гемоглобина. Избыточно появляющиеся β- и γ-цепи не могут взаимодействовать с мутантными α-цепями, вследствие чего возникает два вида гемоглобина: Hbβ4 (HbH) и Hbγ4 (Hb Бартса). Тот и другой нестабильны и отличаются высоким сродством к кислороду. У гомозигот гемоглобин представлен преимущественно гемоглобином Бартса (гибель наступает в период внутриутробного развития). У гетерозигот присутствует смесь гемоглобина Бартса и гемоглобина Н. В последнем случае проявления заболевания сводятся к лёгкому гемолизу без существенных последствий для состояния.
β-Талассемия вызвана нарушением синтеза β-цепи, что приводит к относительному избытку α-цепей и сопровождается усиленным образованием гемоглобинов F (α2γ2) и А2 (α2δ2). Последняя форма гемоглобина обладает достаточной способностью к транспорту кислорода, обеспечивающей компенсацию дефицита гемоглобина А.
σ-Талассемия связана с торможение синтеза β- и α-цепей, следовательно, ведёт к увеличенной продукции гемоглобина F (α2γ2).
При всех видах талассемии нарушаются продукция эритроидных клеток в костном мозге и насыщение эритроцитов гемоглобином. Это проявляется в виде микроцитоза, гипохромии и снижения эритроцитарных индексов.