Orak hücreli anemi, vücutta oksijeni taşıyan kırmızı kan hücrelerindeki demir açısından zengin bir protein olan hemoglobini etkileyen genetik bir mutasyondan kaynaklanır. Bu mutasyon, hemoglobinin anormal şekilde oluşmasına neden olarak kırmızı kan hücrelerinin sert, yapışkan ve orak şeklinde olmasına yol açar; bu da oksijeni verimli taşıma yeteneklerini bozar ve kan akışını engelleyebilir. Bir çocuğun orak hücreli anemi miras alması için, her iki ebeveynin de orak hücre geninin bir kopyasını taşıması ve mutasyona uğramış her iki kopyayı da çocuğa aktarması gerekir. Sadece bir ebeveyn orak hücre genini aktarırsa, çocuk taşıyıcı olacaktır (orak hücre özelliğine sahip olacaktır). Orak hücre özelliğine sahip kişiler, hem tipik hemoglobini hem de orak hemoglobini üretirler.