V krvnem obtoku se večina (več kot 98 %) kisika prenaša v kemični kombinaciji s hemoglobinom, specializirano beljakovino, ki jo najdemo v rdečih krvničkah. Kisik se reverzibilno veže na hemoglobin v pljučih, kjer je koncentracija kisika visoka, in se sprosti v tkivih, kjer je koncentracija kisika nižja. Le majhna količina kisika (manj kot 2 %) je raztopljena v krvni plazmi, podobno kot se kisik topi v vodi.