Гемоглобін ще називають барвником крові, оскільки саме він надає еритроцитам червоний колір. Тобто кров, бідна киснем, через низький гемоглобіну може придбати більш темний колір, і навпаки. Але як саме відбувається його участь у транспортуванні кисню?

У легких, де рівень кисню досить високий, відбувається його приєднання до гемоглобіну з утворенням оксигемоглобіну. Він, у свою чергу, здатний легко віддавати кисень. В результаті кров, насичена їм, набуває яскраво-червоний колір (артеріальна кров). Далі, рухаючись по судинним капілярах, в яких рівень кисню значно нижче, оксигемоглобін розпадається на гемоглобін і кисень. В результаті тканини поглинають другий, а кров, збіднена їм, набуває темний колір (венозна кров).

У гемоглобіну є здатність легко приєднувати окис вуглецю (чадний газ) і розпадатися при цьому в 300 разів повільніше, ніж при звичайному процесі. При цьому втрачається здатність приєднувати кисень. Саме цим пояснюється швидке порушення дихання при отруєнні чадним газом.

Кількість гемоглобіну в крові людини має постійну величину. І лише при деяких хворобах або фізіологічних станах вона може змінюватися. Так, наприклад, при недостатньому надходженні з їжею вітамінів і мінеральних речовин або при порушенні їх всмоктування, відбувається зниження гемоглобіну. Те ж саме може відбутися при кровотечах і деяких захворюваннях крові, причому змінитися може і кількість гемоглобіну та його хімічна структура (наприклад, при серповидної анемії).

Після руйнування еритроцитів, яке відбувається в селезінці, гемоглобін з током крові потрапляє в печінку, де з його участю відбувається утворення фарбувального пігменту жовчі - білірубіну. Утворення нових еритроцитів відбувається в кістковому мозку.