Hemoglobin molekülü, her biri bir globin alanına katlanmış dört polipeptit zincirinden oluşur. Her globin alanı, demir içeren bir porfirin halkası olan bir hem grubu içerir. Hem grubundaki demir atomu oksijen moleküllerine bağlanabilmektedir.
Hemoglobin oksijene maruz kaldığında hem gruplarındaki demir atomları oksijen moleküllerine bağlanarak oksihemoglobin oluşturur. Oksihemoglobin daha sonra kan dolaşımıyla vücudun geri kalanına taşınır ve burada oksijen moleküllerini dokulara salar.
Hemoglobinden oksijen salınımı, kandaki oksijenin kısmi basıncı, kanın pH'ı ve kandaki karbondioksit konsantrasyonu gibi bir dizi faktör tarafından kontrol edilir.
Hemoglobin yaşam için gerekli bir proteindir. Hemoglobin olmasaydı akciğerlerimizden oksijeni vücudumuzun geri kalanına taşıyamazdık.