Уровень гемоглобина обычно колеблется от 50 до 110 г/л. Анемия нормохромная, нормоцитарная; наблюдается анизоцитоз и пойкилоцитоз эритроцитов (серповидные и мишеневидные клетки). Умеренный ретикулоцитоз.

Практически во всех случаях наблюдается лейкоцитоз и тромбоцитоз даже при отсутствии провоцирующих причин (инфекции, кровотечения). Подобные изменения со стороны крови могут быть следствием реактивного состояния костного мозга и демаргинизации периферического пула лейкоцитов.

Значительное повышение концентрации сывороточного железа встречается у большинства больных, однако гемохроматоз развивается редко.

Электрофорез гемоглобинов выявляет повышение содержания HbS. Концентрации HbF и HbА частично повышены у больных с серповидноклеточной λ-талассемией. Несмотря на преобладание у новорожденных с серповидноклеточной аномалией HbF, при электрофоретическом исследовании выявляется HbS.