Kan dolaşımında oksijenin çoğunluğu (%98'den fazlası) kırmızı kan hücrelerinde bulunan özel bir protein olan hemoglobin ile kimyasal kombinasyon halinde taşınır. Oksijen, oksijen konsantrasyonunun yüksek olduğu akciğerlerde hemoglobine geri dönüşümlü olarak bağlanır ve oksijen konsantrasyonunun düşük olduğu dokularda serbest bırakılır. Kan plazmasında, oksijenin suda çözünme şekline benzer şekilde, yalnızca küçük bir miktar (%2'den az) oksijen çözünür.