При структурных гемоглобинопатиях гемолитические анемии наблюдаются у гомозигот или двойных гегерозигот. Только некоторые виды гемоглобинопатий (вызванные нестабильными гемоглобинами, М-гемоглобинопатии) клинически проявляются в гетерозиготном состоянии.
Наследственные аномалии первичной структуры молекулы гемоглобина могут быть результатом различных ее изменений: замещения единственной аминокислоты в полипептидной цепи, двойных аминокислотных замещений, делеции (выпадения) аминокислоты, чрезмерного удлинения (элонгации) цепи и т.д. Многие аминокислотные замещения не вызывают аномалий и являются скорее необычными, чем патологическими (семейные маркеры), однако ряд мутаций существенно изменяют функцию и стабильность молекулы (НЬМ, нестабильные гемоглобины, гемоглобины с измененным сродством к кислороду), либо ее конфигурацию и ряд физико-химических свойств (HbS, НЬС). Примером возникновения нового варианта гемоглобина в результате точечной мутации (замены единственного основания в генетическом коде) является HbS.