HbS różni się od HbA występowaniem pojedynczego aminokwasu (występowaniem waliny zamiast kwasu glutaminowego) w łańcuchu β hemoglobiny (w pozycji 6. od końca NH₂ łańcucha polipeptydowego), co jest następstwem zmiany sekwencji nukleotydów w jednym kodonie, czyli mutacji genowej (punktowej).