Хемоглобинът представлява съединение на хема, който е желязосъдържащ тетрапиролов пръстен, с белтъка глобин. Той е основна съставка на еритроцитите – червените кръвни телца. Има четвъртична структура и мулекулна маса около 66000-68000 DA. Всяка молекула съдържа 2 алфа и 2 бета-полипептидни вериги, които се различват по първичната си структура. Стойностите на хемоглобина са едни от най-важните показатели за общото здравословно състояние и ако има промяна на показателите е добре да се потърси лекарско мнение. Благодарение на хемоглобина, кислородните молекули се пренасят в кръвта от белите дробове към тъканите, а молекулите въглероден диоксид се движат от тъканите към белите дробове. Освен тази функция, хемоглобинът се свързва с кислород, като за една молекула хемоглобин се свързват 4 молекули кислород. По време на този процес най-трудната част е да се присъедени първата молекула кислород, след което другите молекули се присъединяват лесно. Важно е да се отбележи, че хемоглобинът в кръвните клетки се различава от този в мускулните клетки – както по молекулно тегло, така по-скоростта на свързване на кислорода.
Познати са физиологично нормални и анормални типове хемоглобин, които се различват по белтъчната си част – полиопептидните вериги на глобина. Нормалните типове хемоглобин се образуват по време на индивидуалното развитие на организма. Такива типове са тип Р, тип F, тип А. Известни са около 100 анормални типа. Такива типове са Н, хемоглобин на Бартс, сърповидноклетъчен хемоглобин тип S и други. У новородените хемоглобинът е тип F, който няколко дни след раждането се променя в HbA, а при възрастните 98% от хемоглобина е от тип А.
При вродени заболявания се появяват аномални типове хемоглобин, като метхемоглобинът, който е неспособен да пренася кислородните молекули. У здравите хора този тип хемоглобин е в незначителни количества. При концентрация на въглероден оксид във въздуха, която е равна на 0,1 %, повече от половината от хемоглобина в кръвта се свързва не с кислорода, а с въглеродния оксид. Образува се карбоксихемоглобин, който не може да транспортира кислород.
Когато има недостатъчност на хемоглобин в еротроцитите се нарушава обмяната на веществата в клетките. Нормалните стойности на хемоглобин в кръвта при мъжете варира от 135-160 г/л, а при жените – 120-140 г/л. Ниските нива на хемоглобин са характерни за желязодефицитните анемии, които най-често се причиняват от хронична кръвозагуба или неправилно хранене, особено когато не се консумират животински белтъчини. Високите нива на хемоглобин могат да са нещо съвсем нормално или да са признак на някакво заболяване. Пример за високи нива на хемоглобин, което е нормално състояние, е при хора, които живеят високо в планината. При тях е отчетено компесаторно повишаване на нивата на хемоглобин в кръвта заради намаленото съдържание на кислород във въздуха. Дефицитът на някои витамини от група В води до промени в състава на кръвта, като се повишават нивата на хемоглобин, а се понижава броят на еритроцитите – злокачествено малокръвие. За някои сърдечно-съдови и белодробни заболявания също може да се повиши нивото на хемоглобин, но броят на еритроцитите не се променя. Това се дължи на нарушено кръвообращение, тъй като тъканите не получават достатъчно кислород.