正常人血红蛋白(Hb)中的珠蛋白含4种肽链，即α、β、γ。根据珠蛋白肽链组合的不同，形成3种血红蛋白，即HbA、HbA2和HbF，当遗传缺陷时，珠蛋白基因功能障碍，珠蛋白肽链合成障碍，从而出现慢性溶血性贫血。根据肽链合成障碍的不同，分别称为α、β、γ等地中海贫血。其中以α、β地中海贫血较常见。

1、β地中海贫血

人类β珠蛋白基因簇位于第11号染色体短臂1区2节.β地中海贫血的病因主要是该基因的点突变，少数为基因缺失：基因缺失和有些点突变可致β链的生成完全受抑制，称为β0地中海贫血；有些点突变或缺失使β链的生成部分受抑制，则称为β+地中海贫血。染色体上的两个等位基因突变点相同者称为纯合子；同源染色体上只有一个突变点者称为杂合子；等位基因的突变点不同者称为双重杂合子。

重型β地中海贫血是纯合子或双重杂合子状态。因β链生成完全或明显受到抑制，以致含有β链的HbA合成减少或消失，而多余的α链与β链结合而成为HbF，使HbF明显増加。由于HbF的氧亲和力高，致患者组织缺氧。过剰的α链沉积于幼红细胞和红细胞中，形成α链包涵体附着于红细胞膜上，使其变僵硬，在骨髓内大多被破坏而导致无效造血。部分含有包涵体的红细胞虽能成熟并被释放至外周血，但当它们通过微循环时就容易被破坏；这种包涵体还影响红细胞膜的通透性，从而导致红细胞寿命缩短。所以，患儿在临床上呈慢性溶血性贫血。贫血和缺氧刺激红细胞生成素的分泌量增加，促使骨髓增加造血，因而引起骨骼的改变。贫血使肠道对铁的吸收增加，加上在治疗过程中的反复输血，使铁在组织中大量贮存，导致含铁血黄素沉着症。

2、α地中海贫血

人类α珠蛋白基因簇位于第16号染色体短臂末端。每条染色体各有2个α珠蛋白基因，一对染色体共有4个α珠蛋白基因。大多数α地中海贫血是由于α珠蛋白基因缺失所致，少数由基因点突变所致。若仅是一条染色体上的一个α基因缺失或缺陷，则α链的合成部分受抑制，称为α+地中海贫血；若每一条染色体上的2个α基因均缺失或缺陷，则无α链合成，称为α0地中海贫血。

重型α地中海贫血是地中海贫血的纯合子状态，其4个α珠蛋白基因均缺失或缺陷，以致完全无α链生成，因而含有α链的HbA、HbA2和HbF的合成均减少。患者在胎儿期即发生大量γ链合成γ4。HbBart对氧的亲和力极高，造成组织缺氧而引起胎儿水肿综合征。中间型α地中海贫血是α0和a+地中海贫血的双重杂合子状态，是由3个α珠蛋白基因缺失或缺陷所致，患者仅能合成少量α链，其多余的β链即合成HbH。HbH对氧亲和力较高，又是一种不稳定的血红蛋白，容易在红细胞内变性沉淀而形成包涵体，造成红细胞膜僵硬而使红细胞寿命缩短。