La sangre oxigenada se llena con oxígeno de los pulmones. En contraste, a la sangre desoxigenada se le extrajo la mayor parte de su oxígeno y está regresando a los pulmones, lista para ser reoxigenada.
El oxígeno es transportado dentro de los glóbulos rojos por un compuesto llamado hemoglobina, que puede unir hasta cuatro moléculas de oxígeno y formar oxihemoglobina. Cada glóbulo rojo contiene grandes cantidades de esta molécula, lo que les permite transportar mucho más oxígeno del necesario para garantizar que el suministro siempre cumpla con la demanda. La sangre nunca es realmente desoxigenada en el sentido de que se elimina todo el oxígeno. Cuando la sangre oxigenada llega al tejido, la hemoglobina libera las moléculas de oxígeno en una reacción reversible. Las primeras dos moléculas de oxígeno son mucho más fáciles de eliminar que las dos últimas, lo que proporciona un gradiente de liberación. El color de la sangre cambia de rojo brillante, cuando se oxigena, a rojo oscuro, cuando se elimina el oxígeno para que lo utilice el cuerpo.