La talasemia se puede dividir en dos categorías según las diferentes mutaciones genéticas patógenas: α-talasemia y β-talasemia. La α-talasemia se refiere a la talasemia causada por mutaciones patógenas en el gen de la α-globina. De manera similar, la β-talasemia se refiere a la talasemia causada por mutaciones patógenas en el gen de la β-globina.

El gen de la α-globina se encuentra en el cromosoma 16. Los cromosomas humanos normales tienen dos copias del gen de la α-globina dispuestas en tándem. Dos cromosomas significan cuatro copias del gen de la α-globina. Si hay una mutación patogénica en la α-globina, puede provocar talasemia, que se manifiesta principalmente como una reducción en el número de copias de la α-globina, que puede ser 1, 2, 3 o incluso 4. Es más común en asiáticos y afroamericanos. Entre ellas, las deleciones de α-globina comunes en chino son principalmente: -SEA, -α3.7 y -α4.2.

La reducción en la síntesis de α-globina da como resultado un exceso relativo de cadenas de β-globina y una reducción en la producción total de hemoglobina. La reducción de la producción total de hemoglobina produce la típica anemia microcítica talasémica. Sin embargo, el exceso relativo de producción de β-globina produce un tetrámero de hemoglobina compuesto enteramente de tetrámeros de β-globina, conocido como Hb H. Aunque la Hb H es algo soluble, se oxida más fácilmente y tiene una mayor afinidad por el oxígeno que la Hb A normal. Esto no sólo resulta en un suministro ineficiente de oxígeno a los tejidos, sino que la Hb H oxidada tiende a acumularse en los eritrocitos, lo que resulta en una anemia hemolítica extravascular que puede conducir a esplenomegalia. La Hb H también parece inducir cierto grado de eritropoyesis ineficaz.

El gen de la β-globina se encuentra en el cromosoma 11. Las personas normales tienen una copia de la β-globina en cada cromosoma 11 y un total de dos copias del gen de la β-globina. La mutación del gen de la β-globina se debe principalmente a una codificación anormal, lo que hace imposible sintetizar la β-globina, o la β-globina sintetizada no puede unirse a la α-globina y, por lo tanto, no puede formar hemoglobina funcional normal. La β-talasemia generalmente es causada por mutaciones en la β-globina. Las mutaciones comunes en los chinos incluyen: CD41-42, IVS-2-654, CD17, -28, CD26, CD71-72, CD43, -29, Int, CD14-15, CD27-28, -32, -30, IVS-1-1, IVS-1-5, CD31 y Cap.