A anemia apresentada pelos pacientes é de caráter crônico, sendo normalmente hipocrômica e microcítica.

O quadro clínico está relacionado à fenômenos hipóxicos, uma vez que a hemoglobina S possui baixa solubilidade, implicando numa menor liberação de oxigênio pelas hemácias nos capilares.

Pacientes com anemia falciforme possuem risco aumentado de infecção por germes encapsulados, em virtude da asplenia funcional decorrente da doença.

São sinais de maior gravidade da doença a presença de acidentes vasculares cerebrais, priapismo, infarto do miocárdio, depressão e icterícia.

A hidroxiureia reduz a polimerização das hemácias doentes, o que reduz o risco de vaso-oclusão, porém seu uso incorre em riscos como trombocitopenia, leucemias e hepatite medicamentosa.