La síntesis de hemoglobina está determinada genéticamente y cualquier alteración en los genes responsables de la misma conlleva la formación de hemoglobina anormal.

Existen tres tipos principales de alteraciones conocidas:

• Que una cadena sea sustituida totalmente por otra. Esta alteración es muy grave y suele conducir a la muerte del individuo. Ejemplos de estas hemoglobinas son la hemoglobina Barts (4γ) y la Hb H (4β).
• Que se sustituya uno o más aminoácidos por otro dentro de una cadena de globina. Ello ocasiona alteraciones en la forma y/o el tamaño del hematíe. Ejemplo de este caso lo constituye la Hb S en la que existe una sustitución de aminoácidos en la cadena β que ocasiona la aparición de hematíes en forma de hoz o media luna cuando la pO₂ es baja.
• Que se produzca una incapacidad para formar alguna cadena de la hemoglobina, ejemplo de este caso son la Talasemias. La α Talasemia es una disminución de las cadenas α y la β Talasemia es una disminución en la producción de las cadenas β.

• Síntesis y degradación de la hemoglobina.

La síntesis se realiza en dos fases diferentes, por una parte el grupo hemo se forma en las mitocondrias de los eritroblastos mientras que, por otro lado, la globina se fabrica en los ribosomas según el esquema general de la síntesis proteica.

Respecto a la degradación, la hemoglobina es liberada por el hematíe viejo a nivel de los macrófagos del bazo. El hierro y los aminoácidos de la globina son reutilizados, mientras que la protoporfirina se transforma en bilirrubina, sustancia que alcanza la circulación sanguínea para unirse a la albúmina y formar bilirrubina libre. Esta sustancia penetra en el hígado donde termina de ser metabolizada, siendo eliminada en forma de estercobilinógeno y urobilinógeno.