地中海贫血主要是由于基因缺陷导致血红蛋白中的珠蛋白肽链合成障碍引起的。正常人体珠蛋白基因有特定结构，当相关基因发生突变或缺失时，就会影响珠蛋白肽链合成，从而引发地中海贫血。例如，α地中海贫血是因为α珠蛋白基因的缺失或突变，导致α珠蛋白肽链合成减少或缺乏；β地中海贫血则多是β珠蛋白基因的异常所致。
基因遗传方面的成因
遗传方式：地中海贫血是常染色体隐性遗传病。这意味着父母双方如果都是地贫基因携带者，他们的子女有25%的概率患上重型地贫，50%的概率成为地贫基因携带者，只有25%的概率完全正常。比如一对夫妻双方都是β地中海贫血基因携带者，他们每次怀孕，胎儿获取两个突变基因（一个来自父亲，一个来自母亲）就会患重型β地中海贫血。基因缺陷类型：地中海贫血根据受累的珠蛋白链不同，分为α地中海贫血和β地中海贫血等。α地中海贫血是由于16号染色体上的α珠蛋白基因缺失或突变引起，缺失1个α基因时为静止型α地贫，缺失2个α基因时为标准型α地贫，缺失3个α基因时为血红蛋白H病，缺失4个α基因时则为重型α地贫（Hb Bart's胎儿水肿综合征）。而β地中海贫血是由11号染色体上的β珠蛋白基因发生突变导致，根据病情轻重分为重型、中型和轻型β地中海贫血。
不同人群发病风险差异
地域分布差异：地中海贫血在全球都有分布，在我国南方地区，如广东、广西、海南等地发病率相对较高。这是因为这些地区有地贫基因的高携带率，据统计，广东地区人群中地贫基因携带者可达10%左右。而北方地区相对发病率较低，但也有散发病例。种族因素影响：地中海贫血在一些地中海沿岸国家以及东南亚国家发病率较高，这与当地的基因变异情况有关。例如意大利、希腊等地中海国家，人群中地贫基因携带率也比较高，这是长期基因进化和遗传因素共同作用的结果。
发病机制导致的病理表现
血红蛋白异常：地贫患者由于珠蛋白肽链合成障碍，导致血红蛋白结构和功能异常。正常血红蛋白由2条α链和2条β链组成，地贫患者相应肽链合成不足，会影响红细胞的正常结构和功能。比如重型β地中海贫血患者，体内几乎不能合成β链，大量α链堆积，形成不稳定的四聚体，沉积在红细胞内，使红细胞变形性降低，寿命缩短，导致慢性溶血性贫血。红细胞异常变化：地贫患者的红细胞往往体积变小、颜色变浅，并且容易破裂，也就是发生溶血。红细胞寿命缩短会导致机体不断需要生成新的红细胞来补充，但骨髓造血功能在长期代偿过程中会逐渐出现问题，进而引发一系列贫血相关的病理表现，如面色苍白、乏力、黄疸等症状，长期严重贫血还会影响心脏、肝脏等重要器官的功能。