Το μόριο της αιμοσφαιρίνης (μια συζευγμένη πρωτεΐνη ) είναι ένα τετραμερές και αποτελείται από 2α και 2β πολυπεπτιδικές αλυσίδες, που η καθεμία συνδέεται με μια ομάδα αίμης. Η ομάδα της αίμης είναι προϊόν πορφυρίνης που περιέχει δισθενή σίδηρο ( Fe 2+ ). Η αιμοσφαιρίνη ( Hb ) συναντάται σε διάφορες μορφές με βάση την αλληλουχία των αμινοξέων σε κάθε υπομονάδα της. Στον ενήλικα υπάρχουν τρία είδη αιμοσφαιρίνης: Η HbΑ₁αποτελεί το 97%, η HbA₂ το 2% και η HbF το 1% της αιμοσφαιρίνης σε υγιή άτομα. Στα νεογέννητα η HbF αποτελεί το 80%, αλλά σταδιακά αυτή η αναλογία ελαττώνεται και περίπου τον 8ο μήνα μετά τη γέννηση τα επίπεδα αιμοσφαιρίνης φθάνουν αυτά των ενηλίκων. Η HbS αποτελεί μια μη φυσιολογική μορφή της HbA και συναντάται σε άτομα με δρεπανοκυτταρική αναιμία-γενετική διαταραχή όπου παράγεται μη φυσιολογική αιμοσφαιρίνη HbS (παρουσία βαλίνης αντί του γλουταμινικού οξέoς). Σε καταστάσεις υποξίας προκαλείται καθίζηση της HbS στα ερυθροκύτταρα που αποκτούν δρεπανοειδές σχήμα. Τα ερυθρά δρεπανοκύτταρα παρουσιάζουν δυσκαμψία, έχουν μικρή διάρκεια ζωής, μεγαλύτερη γλοιότητα από τα φυσιολογικά κύτταρα, γεγονότα που οδηγούν σε βαριά αναιμία.