Mutatiile genei pentru globina pot sa produca molecule anormale de proteina printr-o varietate de mecanisme, dintre care cel mai obisnuit este schimbarea unei singure perechi de baze din codul ADN, avand ca rezultat substituirea unui aminoacid. Sunt cunoscute in prezent cateva sute de astfel de mutatii. Aproape jumatate dintre variante sunt mute clinic. Cele care nu sunt mute clinic, produc, in general, fie o modificare a afinitatii pentru oxigen, fie o molecula de
hemoglobina insila fizic. Manifestarile clinice observate depind de lantul globinic afectat si de consecintele pe care le are mutatia asupra structurii si functiei proteinei. Mutatiile uneia din genele alfa tind sa aiba consecinte clinice relativ usoare, deoarece in genomul normal exista patru copii ale lantului alfa. Mutatiile in gena globinei beta au consecinte mai severe, deoarece, in cazul homozigotului, toate lanturile beta r fi anormale. Mutatiile lantului globinic embrionic zeta si a lantului hemoglobinei fetale gama nu au importanta clinica la adult.
Mutatiile care scad silitatea hemoglobinei produc
anemiile cu corpi Heinz. Mutatia pentru siclemie ( mai jos) altereaza solubilitatea formei deoxi a hemoglobinei si se produce deformarea eritrocitelor, atunci cand acestea sunt deoxigenate. Mutatiile care cresc afinitatea hemoglobinei pentru oxigen duc la policitemie ereditara; cele care scad afinitatea pentru oxigen duc la anemie. Hemoglobinele mutante (hemoglobinele M) care nu pot fi reduse de enzimele globulelor rosii se manifesta ca methemoglobinemie.