Als je sikkelcelziekte hebt, is het hemoglobine afwijkend (hemoglobinopathie). Eén van de hemoglobine ketens, namelijk de bèta globine keten, is anders opgebouwd. Dit komt door een mutatie (verandering in een gen) in het bèta globine gen. Hierdoor is de vorm van het hemoglobine anders dan normaal. Dit afwijkende hemoglobine wordt hemoglobine S (van Sikkelcel) genoemd. Het probleem is dat hemoglobine S (HbS) zich in de rode bloedcellen kan hechten aan een ander HbS waardoor de rode bloedcel uiteindelijk een afwijkende vorm krijgt, namelijk de vorm van een sikkel. Deze sikkelvormige rode bloedcellen zijn minder soepel en buigzaam.