貧血では，赤血球数が減少し，その結果ヘマトクリットおよびヘモグロビン量が減少する。（赤血球産生も参照のこと。）
赤血球量は，赤血球の産生と崩壊または喪失とのバランスで決まる。そのため，以下の3つの基本的機序のうち，1つ以上に該当すると貧血になる可能性がある（貧血の原因別分類の表を参照）：
貧血の原因別分類
機序 | 例 |
|---|---|
失血 | |
急性 | 出産 外傷 手術 |
慢性 | 消化管のがんまたはポリープ 腎腫瘍 胃または小腸の潰瘍 |
赤血球産生低下* | |
小球性 | 鉄輸送障害（鉄剤不応性鉄欠乏性貧血［iron refractory iron deficiency anemia：IRIDA］） 鉄利用障害（遺伝性鉄芽球性貧血） |
正色素性正球性 | 慢性疾患に伴う貧血 腎疾患 内分泌腺（甲状腺，下垂体）機能不全 低栄養 |
大球性 | 肝疾患 吸収不良（例，熱帯性スプルー） 骨髄異形成 |
赤血球の外因性障害による溶血亢進 | |
脾腫を伴う網内系活動亢進 | |
免疫異常 | 薬剤性 溶血性尿毒症症候群（HUS） 血栓性血小板減少性紫斑病（TTP） |
感染症 | エプスタイン-バーウイルス（EBV）感染症 |
機械的損傷 | Foot strike hemolysis（行軍血色素尿症） |
薬物/毒性物質 | フェナゾピリジン リバビリン クモ咬傷 |
赤血球の内因性障害による溶血亢進 | |
後天的な膜変化 | |
先天的な膜変化 | 遺伝性有口赤血球症 遺伝性乾燥赤血球症（hereditary xerocytosis） 神経有棘赤血球症 |
代謝性疾患（遺伝性酵素欠損症） | |
異常ヘモグロビン症 | 鎌状赤血球症（ヘモグロビンS症） サラセミア（β，β−δ，およびα） |
*赤血球指数に基づく分類。 | |
失血は以下の場合がある：
急性
慢性
急性の失血では，間質液が血管内腔に拡散して血管内に残った赤血球が希釈される数時間後まで，貧血の発生には至らない。 ただし，最初の数時間で顆粒球数や血小板数が増加することがあり，重度の出血では幼若白血球や赤芽球が出現することもある。慢性の失血では，失血のペースが補充より速いと貧血に至るが，赤血球産生の亢進により体内の貯蔵鉄が枯渇して貧血となる場合の方が多い（鉄欠乏性貧血を参照）。
赤血球産生低下の原因は無数にある。赤血球産生が完全に停止すると，赤血球が週当たり約7～10％（1日当たり1％）減少する。赤血球産生異常では，赤血球数がそれほど減少しなくとも，赤血球の大きさおよび形状に異常を認めることが多い。
溶血亢進は，赤血球の内因性異常，または赤血球表面上に存在する抗体や補体などの外因子によりもたらされることがあり，赤血球の早期崩壊につながる。腫大した脾臓は，正常な場合よりも急速に赤血球を捕捉し破壊する。溶血では，いくつかの原因により赤血球が変形し，破壊される。鉄または他の必須栄養素が枯渇している場合またはエリスロポエチン欠乏症がある場合を除いて，通常は溶血により網状赤血球が増加する。
