卟啉分子平面的上方与亚铁离子配位结合，使中心离子铁(II)成为五配位，既是配位中心，又是活性中心。当血红蛋白不与氧结合的时候，有一个水分子从卟啉环下方与亚铁离子配位结合，而当血红蛋白载氧的时候，就由氧分子顶替水的位置。血红蛋白与氧的结合可受到2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）的调控，成人的血红素组成为αβ，使成人血红蛋白对氧的亲和性降低，而胎儿血红蛋白的组成为αγ，不受2,3-二磷酸甘油酸影响。血红蛋白中铁(II)能可逆地结合氧分子，取决于氧分压。与氧结合时，血红素中的二价铁化学价不变，形成呈鲜