Hemoglobin (Hb) là một protein rất phức tạp trong máu và có trong hồng cầu của động vật cao cấp. Hb được cấu tạo gồm 2 phần (globin và heme).

Heme là một phức chất của Fe(II) và porphyrin. Sự vận chuyển oxygen từ phổi đến các tế bào phải có sự kết hợp đồng bộ của nhiều cơ quan trong cơ thể. Để đơn giản có thể hình dung sự vận chuyển và cung cấp oxygen trong cơ thể như sau:

Hb + 4O₂ → Hb(O₂)₄

(đỏ thẫm)         (đỏ tươi)

Phân tử O₂ liên kết được với Hb là do ion Fe²⁺ trong heme, đây chỉ là liên kết yếu. Oxygenhemoglobin (tạo màu đỏ tươi đặc trưng cho máu ở động mạch) dễ dàng giải phóng oxygen trong điều kiện thích hợp, do đó oxygen được vận chuyển từ phổi đến các tế bào ở các mô khắp cơ thể

Chiều cân bằng trên bị ảnh hưởng bởi áp suất riêng phần của O₂, nồng độ ion H⁺ và áp suất riêng phần của CO₂. Ở tế bào, nhất là ở mao mạch, áp suất riêng phần của O₂ giảm, trong khi áp suất riêng phần của CO₂ tăng dẫn đến nồng độ ion H⁺ tăng làm cho O₂ được dễ dàng được giải phóng ra để đi vào tế bào, quá trình ở phổi thì ngược lại.