Η αιμοσφαιρίνη (►) είναι το κύριο συστατικό των ερυθροκυττάρων και η οξυγονωμένη της μορφή ευθύνεται για το ζωηρό κόκκινο χρώμα του αρτηριακού αίματος. Κάθε ερυθροκύτταρο περιέχει περίπου 280 εκατομμύρια μόρια αιμοσφαιρίνης, καθένα από τα οποία περιέχει 4 άτομα σιδήρου που είναι απαραίτητα για τη μεταφορά του Ο2. Είναι σύμπλοκη πρωτεΐνη, μεγάλου μοριακού βάρους. Συντίθεται από 4 πεπτιδικές αλυσίδες αίμης∙ οι δύο (a-) αποτελούνται από 141 αμινοξέα και οι άλλες δύο (b-), από 146. Κάθε αίμη φέρει ένα άτομο Fe που μπορεί να συνδέει χαλαρά ένα O2, χωρίς να μεταβάλλεται το δυναμικό του, αλλά παραμένοντας στην κατάσταση δισθενούς σιδήρου (Fe2+).
Η στερεοχημική διαμόρφωση της αιμοσφαιρίνης επηρεάζει τον τρόπο δεσμεύσεως O2 στην αίμη. Μετά τη σύνδεσή της μ’ ένα O2, η a-αλυσίδα της αίμης μεταβάλλει το σχήμα της και παρασύρει την b-αλυσίδα σε αντίστοιχο μετασχηματισμό, ενισχύοντας, έτσι, τη χημική της συγγένεια με το O2. Με τον τρόπο αυτό, συνδέεται ένα δεύτερο O2, που συνεπάγεται περαιτέρω παραμόρφωση του μορίου και ενίσχυση της χημικής συγγένειας του με το O2. Οι αυτοπυροδοτούμενες, διαδοχικές παραμορφώσεις, με τις συνακόλουθες διαδοχικές ενισχύσεις της χημικής συγγένειάς της με το Ο2, εξασφαλίζουν τον πλήρη κορεσμό της. Κάθε gr Hb μπορεί να συνδεθεί με 1.34ml O2.