Molekula hemoglobina se veže na molekule kisika v svojih skupinah hema, zlasti na ione železa v hemu. Vsaka molekula hemoglobina ima štiri skupine hema in vsaka skupina hema lahko veže eno molekulo kisika, kar pomeni, da lahko ena molekula hemoglobina prenese do štiri molekule kisika. To omogoča transport kisika iz pljuč, kjer se naloži na hemoglobin v krvi do telesnih tkiv, kjer se razbremeni preko difuzije kisika iz kapilar v intersticijsko tekočino in nato v celice.