Hemoglobin, her biri bir globin alanına katlanan dört polipeptit zincirinden oluşan karmaşık bir proteindir. Her globin alanı, oksijenin bağlandığı yer olan bir demir iyonu içerir. Dört polipeptit zinciri, tetrahedronun köşelerinde bulunan demir iyonları ile tetrahedral şekilde düzenlenmiştir.
Oksijen, hemoglobine işbirlikçi bir şekilde bağlanır; bu, bir oksijen molekülünün proteine bağlanmasının, geri kalan üç oksijen bağlama bölgesinin oksijene olan afinitesini arttırdığı anlamına gelir. Bu işbirlikçi bağlanma, hemoglobinin büyük miktarlarda oksijeni verimli bir şekilde taşımasına olanak tanır.
Hemoglobin dokulara ulaştığında oksijen konsantrasyonu akciğerlerdekinden daha düşüktür. Bu, hemoglobine bağlı oksijen moleküllerinin bir kısmının proteinden ayrışmasına ve dokulara yayılmasına neden olur. Karbondioksit konsantrasyonu dokularda akciğerlere göre daha yüksektir, bu da dokulardaki karbondioksitin bir kısmının kırmızı kan hücrelerine difüze olmasına ve hemoglobine bağlanmasına neden olur.
Hemoglobin daha sonra karbondioksiti, oksijen konsantrasyonunun daha yüksek ve karbondioksit konsantrasyonunun daha düşük olduğu akciğerlere geri taşır. Bu, hemoglobine bağlı karbondioksit moleküllerinin bir kısmının proteinden ayrılarak akciğerlere yayılmasına, akciğerlerdeki bazı oksijen moleküllerinin ise hemoglobine bağlanmasına neden olur.
Hemoglobin tarafından oksijen ve karbondioksitin taşınması süreci, memelilerin hayatta kalması için gereklidir. Hemoglobin olmadan memeliler hayatta kalmak için ihtiyaç duydukları oksijeni alamazlar ve ürettikleri karbondioksitten kurtulamazlar.