Dans la drépanocytose homozygote, maladie autosomique récessive, une mutation ponctuelle est responsable du remplacement de l'hémoglobine normale A par une hémoglobine S polymérisant en condition désoxygénée, provoquant la déformation du globule rouge en faucille et l'hémolyse. Une cascade d'événements biologiques intervient ensuite incluant l'activation et l'hyperadhésion des leucocytes et plaquettes avec obstruction vasculaire, un déficit fonctionnel en oxyde nitrique (NO), l'inflammation, le stress oxydatif, les lésions liées au phénomène ischémie-reperfusion, une hypercoagulabilité. Tous ces phénomènes sont à l'origine des crises douloureuses et de l'atteinte progressive de tous les organes. Malgré l'atteinte monogénique, de nombreux gènes modifient la sévérité de la maladie, en particulier ceux qui contrôlent le taux d'hémoglobine (Hb) fœtale et l'association à une alpha-thalassémie, qui améliore l'hémolyse et l'anémie. Les crises, les syndromes thoraciques, les ostéonécroses surviennent davantage chez les moins anémiques tandis que ceux avec hémolyse intense sont exposés au risque d'artériopathie cérébrale, ulcères cutanés, priapisme, atteinte rénale et hypertension pulmonaire via une réduction de la biodisponibilité du NO. Devant une crise, hydratation et oxygénation offrent la possibilité d'une certaine réversibilité, mais la transfusion permet de juguler les crises sévères. L'hydroxyurée permet de réduire significativement la fréquence des crises et d'autres médicaments semblent prometteurs. Néanmoins, seule la greffe allogénique permet la guérison de la drépanocytose mais la thérapie génique se révèle également très prometteuse.