विभिन्न रोगजनक जीन उत्परिवर्तन के अनुसार थैलेसीमिया को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: α-थैलेसीमिया और β-थैलेसीमिया। α-थैलेसीमिया, α-ग्लोबिन जीन में रोगजनक उत्परिवर्तन के कारण होने वाले थैलेसीमिया को संदर्भित करता है। इसी तरह, β-थैलेसीमिया, β-ग्लोबिन जीन में रोगजनक उत्परिवर्तन के कारण होने वाले थैलेसीमिया को संदर्भित करता है।

α-ग्लोबिन जीन गुणसूत्र 16 पर स्थित होता है। सामान्य मानव गुणसूत्रों में α-ग्लोबिन जीन की दो प्रतियां एक साथ व्यवस्थित होती हैं। दो गुणसूत्रों का अर्थ है α-ग्लोबिन जीन की चार प्रतियां। यदि α-ग्लोबिन में कोई रोगजनक उत्परिवर्तन होता है, तो इससे थैलेसीमिया हो सकता है, जो मुख्य रूप से α-ग्लोबिन प्रतियों की संख्या में कमी के रूप में प्रकट होता है, जो 1, 2, 3 या 4 भी हो सकता है। यह एशियाई और अफ्रीकी अमेरिकियों में सबसे आम है। उनमें से, चीनी में आम α-ग्लोबिन विलोपन मुख्य रूप से हैं: -SEA, -α3.7, और -α4.2।

α-ग्लोबिन संश्लेषण में कमी के परिणामस्वरूप β-ग्लोबिन श्रृंखलाओं की सापेक्ष अधिकता होती है और हीमोग्लोबिन के कुल उत्पादन में कमी आती है। कुल हीमोग्लोबिन उत्पादन में कमी से विशिष्ट थैलेसीमिया माइक्रोसाइटिक एनीमिया उत्पन्न होता है। हालाँकि, β-ग्लोबिन उत्पादन की सापेक्ष अधिकता एक हीमोग्लोबिन टेट्रामर का उत्पादन करती है जो पूरी तरह से β-ग्लोबिन टेट्रामर्स से बना होता है, जिसे एचबी एच के रूप में जाना जाता है। हालांकि एचबी एच कुछ हद तक घुलनशील है, यह अधिक आसानी से ऑक्सीकरण करता है और सामान्य एचबी ए की तुलना में ऑक्सीजन के लिए अधिक आकर्षण रखता है। इसके परिणामस्वरूप न केवल ऊतकों तक ऑक्सीजन की अकुशल डिलीवरी होती है, बल्कि ऑक्सीकृत एचबी एच एरिथ्रोसाइट्स में जमा हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक एक्स्ट्रावास्कुलर हेमोलिटिक होता है। एनीमिया जो स्प्लेनोमेगाली का कारण बन सकता है। एचबी एच भी कुछ हद तक अप्रभावी एरिथ्रोपोएसिस को प्रेरित करता प्रतीत होता है।

β-ग्लोबिन जीन गुणसूत्र 11 पर स्थित होता है। सामान्य लोगों में प्रत्येक गुणसूत्र 11 पर β-ग्लोबिन की एक प्रति और β-ग्लोबिन जीन की कुल दो प्रतियां होती हैं। β-ग्लोबिन जीन उत्परिवर्तन मुख्य रूप से असामान्य कोडिंग के कारण होता है, जिससे β-ग्लोबिन को संश्लेषित करना असंभव हो जाता है, या संश्लेषित β-ग्लोबिन α-ग्लोबिन से बंध नहीं सकता है, और इस प्रकार सामान्य, कार्यात्मक हीमोग्लोबिन नहीं बना सकता है। β-थैलेसीमिया आमतौर पर β-ग्लोबिन में उत्परिवर्तन के कारण होता है। चीनी लोगों में सामान्य उत्परिवर्तन में शामिल हैं: 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 और कैप।