Principal constituyente de los eritrocitos (un 33%), está especializada en el transporte del oxígeno y del anhídrido carbónico. Está constituída por una proteína, la globina a la que se unen cuatro grupos Hemo A, grupos que contienen un anillo porfirínico y un átomo de hierro. Cada uno de los átomos de hierro de la hemoglobina puede combinar una molécula de oxígeno. En estas condiciones, la hemoglobina recibe el nombre de oxihemoglobina y es de color rojo brillante. La hemoglobina es capaz de intercambiar el oxígeno en los capilares adquiriendo el color rojo púrpura de la sangre venosa. Algunos aminoácidos de las cadenas de la globina pueden combinarse con el CO2 capilar que luego será eliminado en los pulmones (entonces se llama carbaminohemoglobina). En algunas enfermedades, el atomo de hierro de la hemoglobina se oxida con lo que pierde su capacidad para unir el oxígeno. Lo mismo ocurre en la intoxicación con cianuro. Entonces recibe el nombre de metahemoglobina.
CIE-10