Hemoglobin molekülü, hem gruplarındaki oksijen moleküllerine, özellikle de hem içindeki demir iyonlarına bağlanır. Her hemoglobin molekülünün dört hem grubu vardır ve her hem grubu bir oksijen molekülünü bağlayabilir; bu, bir hemoglobin molekülünün dört taneye kadar oksijen molekülü taşıyabileceği anlamına gelir. Bu, oksijenin akciğerlerden kandaki hemoglobine yüklendiği vücut dokularına taşınmasını ve burada oksijenin kılcal damarlardan interstisyel sıvıya ve daha sonra hücrelere difüzyonu yoluyla boşaltılmasını sağlar.