Meta-hemoglobina é uma forma de proteína da hemoglobina, na qual o ferro no grupo hemo está no estado Fe³⁺ e não no Fe²⁺ da hemoglobina normal. A metemoglobina não pode ligar o oxigênio, ao contrário da oxi-hemoglobina. No sangue humano uma pequena quantidade de metemoglobina é normalmente produzida espontaneamente. Mas quando ela está presente em excesso no sangue torna-se marrom azulada anormalmente escura. A metemoglobina redutase dependente de NADH (diaforese I) é responsável pela conversão de metemoglobina de volta à hemoglobina.

Normalmente, um a dois porcento da hemoglobina de uma pessoa é de metemoglobina, uma percentagem mais elevada do que esta podem ser genéticas ou causadas por exposição a vários produtos químicos e, dependendo do nível pode causar problemas de saúde conhecidos como meta-hemoglobinemia. Um nível maior de metemoglobinemia tenderá a causar um oxímetro de pulso com leitura mais próxima de 85%, independentemente do verdadeiro nível de saturação de oxigênio.