On parle de dimorphisme lorsque deux populations d'érythrocytes se distinguent clairement. Dans l'hémocytomètre, cela se manifeste généralement par une augmentation du TDR et parfois même deux pics distincts peuvent être observés dans le canal d'impédance.

La cause la plus fréquente est la transfusion d'érythrocytes normocytaires et normochromes d'un donneur à un patient souffrant d'une grave carence en fer, la population du patient étant alors microcytaire et hypochrome (voir figure). Une autre cause est l'hémolyse intravasculaire (comme dans la coagulation intravasculaire diffuse, le PTT ou les brûlures graves), qui génère des érythrocytes ou des fragmentocytes microcytaires et/ou hypochromes.