Es ist eine genetische Mutation der roten Blutkörperchen, die dazu führt, dass sie sich "beugen". Die Zellen haben die Form einer Sichel, daher der Name Sichelzelle. Diese Zellen verstopfen aufgrund ihrer Form die Kapillaren und verhindern den Fluss, was zu einer schlechten Durchblutung und einem höheren Risiko für Schlaganfälle, Organschäden und bakterielle Infektionen führt. Das einzige wirklich bekannte Medikament gegen Sichelzellen ist Hydroxyurea, das auch viele Nebenwirkungen mit sich bringt. Es "heilt" die Sichelzellen jedoch nicht. Die FDA befindet sich seit Oktober 2014 in klinischen Studien im Früh- und Spätstadium, um hoffentlich ein besser wirksames Medikament für diese schreckliche Krankheit zu vermarkten.
Technisch gesehen ist es die Polymerisation von Desoxyhämoglobin S zu stäbchenförmigen Strukturen, die als Gele wirken und die roten Blutkörperchen in eine Sichelform biegen und verdrehen. Somit wird das Reisen durch Kapillaren schwierig und führt zum Verstopfen.