থ্যালাসেমিয়ার লক্ষণগুলো নির্ভর করে রোগের ধরন এবং তীব্রতার ওপর। থ্যালাসেমিয়া মাইনর বা বাহকদের ক্ষেত্রে সাধারণত কোনো দৃশ্যমান লক্ষণ থাকে না। তবে যারা থ্যালাসেমিয়া মেজর বা আক্রান্ত, তাদের ক্ষেত্রে সাধারণত জন্মের ৩ থেকে ৬ মাসের মধ্যে লক্ষণগুলো প্রকাশ পেতে শুরু করে।
সবচেয়ে প্রধান লক্ষণ হলো তীব্র রক্তশূন্যতা। শিশু ফ্যাকাশে হয়ে যায়, সবসময় ক্লান্ত থাকে এবং তার কর্মক্ষমতা কমে যায়। এর পাশাপাশি শিশুর শারীরিক বৃদ্ধি স্বাভাবিকের চেয়ে অনেক ধীরগতিতে হয়। খাবারের প্রতি অনীহা এবং বারবার সংক্রমণ বা অসুখ হওয়া একটি বড় লক্ষণ। যেহেতু শরীরের হাড়ের মজ্জা অতিরিক্ত রক্ত তৈরির চেষ্টা করে, তাই হাড়গুলো পাতলা ও ভঙ্গুর হয়ে যায়। এর ফলে চেহারার হাড়ের গঠনে পরিবর্তন আসে, বিশেষ করে কপালের হাড় উঁচু হয়ে যায় এবং গালের হাড় স্পষ্ট হয়ে ওঠে, যাকে 'থ্যালাসেমিক ফেসিস' বলা হয়।
আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ লক্ষণ হলো জন্ডিস বা চোখ-ত্বক হলুদ হয়ে যাওয়া। লোহিত রক্তকণিকা দ্রুত ভেঙে যাওয়ার ফলে রক্তে বিলিরুবিনের মাত্রা বেড়ে যায়, যা জন্ডিস তৈরি করে। এছাড়া রোগীর প্রস্রাব গাঢ় রঙের হতে পারে। শরীরের প্লীহা (Spleen) এবং লিভার বা যকৃৎ আকারে বড় হয়ে যায়, কারণ এই অঙ্গগুলো অতিরিক্ত পরিমাণে ভাঙা রক্তকণিকা পরিষ্কার করার চেষ্টা করে। পেটের উপরিভাগ ফুলে যাওয়া দেখে এটি বোঝা যায়। সঠিক সময়ে চিকিৎসা না করালে হৃদপিণ্ডের কার্যক্ষমতা কমে যায় এবং হার্ট ফেইলিয়র পর্যন্ত হতে পারে।