L'anémie falciforme est une maladie d'origine génétique, ce qui signifie que les individus atteints de la forme clinique de la maladie ont hérité d'un gène codant pour l'hémoglobine S de chacun de leurs parents. D'autre part, les individus n'ayant qu'un seul gène sont porteurs de l'anémie falciforme et peuvent avoir des globules rouges déformés. En général, ils ne présentent aucun symptôme, sauf peutêtre à haute altitude, par exemple lors d'un vol en avion non pressurisé. Il y a moins d'oxygène disponible à haute altitude et, par conséquent, les globules rouges peuvent devenir plus fragiles et se déformer, augmentant ainsi leur tendance à prendre un aspect en faucille et à être détruits (hémolyse). L'anémie falciforme est apparue à la suite d'une mutation génétique qui s'est produite il y a des milliers d'années chez des habitants de certaines parties d'Afrique, du bassin méditerranéen, du Moyen-Orient et de l'Inde. À cette époque, le paludisme (ou malaria) sévissait, et de nombreuses personnes en mouraient. Dans les régions où le paludisme était un problème, les enfants qui avaient hérité d'un unique gène de l'anémie falciforme - et qui, par conséquent, étaient porteurs du trait de l'anémie falciforme - présentaient un avantage sur le plan de la survie. En effet, contrairement aux enfants dont les gènes pour l'hémoglobine étaient normaux, ces enfants survivaient aux épidémies de paludisme. Quand ils ont eux-mêmes eu des enfants, ils leur ont transmis le gène de l'hémoglobine S. La migration des populations a répandu le gène ayant subi la mutation associée à l'anémie falciforme. Les porteurs de ce gène mutant sont ensuite arrivés dans des pays tels que les États-Unis, où le paludisme n'était pas un problème, et le gène ne leur procurait plus aucun avantage sur le plan de la survie. Au lieu de cela, il provoque maintenant une anémie falciforme chez les personnes ayant hérité de deux gènes anormaux codant pour l'hémoglobine S. Le problème fondamental dans l'anémie falciforme concerne l'hémoglobine, un élément des globules rouges du sang. Les molécules d'hémoglobine dans chaque globule rouge transportent l'oxygène à partir des poumons vers les divers organes et tissus, puis elles rapportent le gaz carbonique qui est expulsé par les poumons. En présence d'une anémie falciforme, ce processus est perturbé. Après que les molécules d'hémoglobine ont libéré l'oxygène, certaines d'entre elles peuvent se rassembler et former de longues structures en aspect de bâtonnet qui deviennent rigides et prennent la forme d'une faucille (c.-à-d. d'un croissant). Donc, contrairement aux globules rouges normaux qui sont habituellement lisses et en forme de beigne, les globules rouges falciformes ne parviennent pas à passer dans les petits vaisseaux sanguins. Plutôt, ils s'accumulent et causent des obstructions qui privent les organes et les tissus du sang chargé d'oxygène. Contrairement aux globules rouges normaux, qui vivent environ 120 jours dans la circulation sanguine, les globules rouges - ou hématies - falciformes meurent au bout de seulement 10 ou 20 jours. Puisque les globules rouges ne peuvent pas être remplacés assez rapidement, il peut y en avoir un manque chronique dans le sang, un trouble qui s'appelle anémie.