De zuurstofdragende stof in het bloed is hemoglobine. Hemoglobine is een eiwitmolecuul dat ijzeratomen bevat, die elk aan één zuurstofmolecuul kunnen binden. Hemoglobine wordt aangetroffen in de rode bloedcellen, dit zijn gespecialiseerde cellen die zuurstof van de longen naar de rest van het lichaam transporteren.

Wanneer rode bloedcellen door de longen gaan, bindt hemoglobine zich aan zuurstofmoleculen in de luchtzakjes (longblaasjes). Het zuurstofrijke hemoglobine reist vervolgens door de bloedbaan totdat het de weefsels bereikt, waar de zuurstofmoleculen vrijkomen uit hemoglobine en door de cellen worden opgenomen.

Hemoglobine speelt ook een rol bij het transport van kooldioxide van de weefsels terug naar de longen. Kooldioxide is een afvalproduct dat wordt geproduceerd door de cellen in het lichaam. Het wordt gedragen door hemoglobine in de vorm van een verbinding genaamd carbaminohemoglobine.