Bir oksijen molekülü hemoglobindeki demir iyonuna bağlandığında, demir iyonu oksidasyon durumunu Fe(II)'den Fe(III)'e değiştirir. Oksidasyon durumundaki bu değişiklik, hem grubunun elektron açısından daha zengin olmasına neden olur ve hem grubu ile hemoglobinin protein yapısı arasında daha güçlü etkileşimlere yol açar. Oksijenin hemoglobine bağlanması aynı zamanda proteinde konformasyonel değişikliklere neden olur, bu da ek oksijen moleküllerinin hemoglobine ortak bağlanmasını kolaylaştırır.
Oksijen moleküllerinin hemoglobine ortak bağlanması, oksijenin kan dolaşımında etkili bir şekilde taşınması için gereklidir. Akciğerlerde bulunan düşük oksijen kısmi basıncında, hemoglobin oksijen moleküllerine bağlanır ve oksijene doygun hale gelir. Hemoglobin, kısmi oksijen basıncının daha düşük olduğu dokulara ulaştığında, oksijen molekülleri hemoglobinden ayrışır ve dokuya salınır. Oksijen moleküllerinin hemoglobine ortak bağlanması, oksijenin akciğerlerdeki hemoglobine verimli bir şekilde yüklenmesini ve hücresel solunum için gerekli olan dokulara boşaltılmasını sağlar.