Под нестабильными понимают аномальные гемоглобины, которые вследствие неустойчивости их молекулы денатурируются в эритроците. К настоящему времени идентифицировано более 125 нестабильных Hb.

Мутации, ответственные за образование нестабильного гемоглобина, вызывают большие конформационные изменения: патологический гемоглобин образуется в результате изменения последовательности цепей аминокислот одной из глобиновых цепей. Преципитация нестабильного гемоглобина в эритроците, либо прикрепление изолированных цепей глобина к мембране эритроцита (тельца Гейнца) приводят на нарушению ригидности клеток.