Hemoglobinin ana işlevi, oksijeni akciğerlerden vücudun dokularına taşımak ve ardından karbon dioksiti dokudan akciğerlere geri taşımaktır. Her kırmızı kan hücresi, yaklaşık 280 milyon hemoglobin molekülü içerir. .
Bir hemoglobin molekülü birkaç küçük parçadan oluşur. Her biri tek bir heme grubu içeren dört polipeptit zinciri vardır. Oksijenin işlenmesinde anahtar her iki grupta bulunan demirdir. Demir moleküllerinin her biri bir oksijen molekülünü emebilir. Bu, her bir hemoglobine dört oksijen molekülünü taşıma kabiliyeti verir.
Oxyhemoglobin ve deoxyhemoglobin olan iki tür hemoglobin vardır. Oksihemoglobin oksijen için daha yüksek bir afiniteye sahiptir ve deoksimoglobin daha fazla karbondioksit çekmektedir. Bu, ciğerlerdeki oksijenin vücuda taşınacak ve emilecek oksihemoglobine bağlandığı anlamına gelir. Deokshemoglobin, vücut oksijeni absorbe ettikten sonra kalan karbon dioksiti alır ve işlemini tamamlamak için ciğerlere geri götürür.
Hemoglobin tarafından oksijenin taşınmasında önemli bir parça, oksijene benzeyen moleküllerdir. Hemoglobin ilk oksijen molekülünü aldığında, afinite aslında daha fazla oksijen toplayacak şekilde artar. Bu domino etkisi, molekül oksijen doluncaya kadar devam eder.