Ở người, gen đột biến HbS quy định tổng hợp chuỗi B-hemoglobin gồm 146 acid amin như chuỗi B-hemoglobin bình thường của gen HbA nhưng chỉ khác một acid amin ở vị trí số 6 (thay aa glutamic bằng aa valin).
Hậu quả của sự thay thế này làm biến đổi hồng cầu từ dạng hình đĩa lõm hai mặt cầu thành dạng hình lưỡi liềm làm xuất hiện hàng loạt rối loạn bệnh lý: tiêu huyết, tổn thương não, tổn thương lách, suy tim, rối loạn tâm thần, liệt, viêm phổi, thấp khớp, suy thận.