Debido a que la hemoglobina contiene hierro, se considera una metaloproteína. Cuatro átomos de nitrógeno en el anillo de porfina trabajan con el ion hierro. Cuando el ion de hierro se une con el oxígeno, se vuelve un color rojo más profundo.
La hemoglobina tiene dos proteínas que le permiten transportar y liberar oxígeno. En los adultos, son globulina alfa y globina beta, pero durante el embarazo, gamma globina opera en lugar de la globina beta en la hemoglobina fetal.
Cuando los glóbulos rojos ingresan a los alvéolos, la hemoglobina en su interior se combina con el oxígeno para formar oxihemoglobina. A medida que las células sanguíneas circulan por el resto del cuerpo, la hemoglobina entrega el oxígeno a los tejidos. La parte globina de la hemoglobina absorbe dióxido de carbono, un material de desecho, y lo libera en los alvéolos. La hemoglobina puede transportar oxígeno y dióxido de carbono simultáneamente.
Los glóbulos rojos se componen casi totalmente de hemoglobina, pero la hemoglobina también se encuentra en las neuronas, los alvéolos y los glóbulos blancos llamados macrófagos.