Η μυοσφαιρίνη αποτελείται από μια ομάδα αίμης και μια –μόνο- πολυπετιδική αλυσίδα∙ δομικά είναι παρόμοια μιας υπομονάδας Hb. Μπορεί επομένως, να δεσμεύει ένα μόνο μόριο O2 . Η υπερβολική καμπύλη κορεσμού της μυοσφαιρίνης εμφανίζει σημαντική αριστερή απόκλιση, συγκριτικά με την HbA. Έτσι, σε περιβάλλον με χαμηλή μερική πίεση Ο2, στη μυοσφαιρίνη παραμένει πολύ περισσότερη ποσότητα O2, παρ’ ότι στην HbA. Λειτουργεί, με τον τρόπο αυτό ως αποθήκη-φορέας O2 για τους σκελετικούς μύες. Καθώς το αρτηριακό αίμα διέρχεται από τους μύες, το O2 εγκαταλείπει την HbA και συνδέεται στη μυοσφαιρίνη, από την οποία απελευθερώνεται σε πολύ χαμηλότερα επίπεδα O2. Η μυοσφαιρίνη συνδέεται με μικρά ποσά O2, αλλά λόγω της μεγάλης τους συγγένειας, το O2 αποδεσμεύεται πολύ δύσκολα, και μόνον όταν η υποξία έχει πλησιάσει σε θανατηφόρα επίπεδα.