血红蛋白具有四个亚基，其中铁（II）离子由平面大环配体原卟啉IX（PIX）和组氨酸残基的咪唑氮原子配位。第六配位位点含有一个水分子或二氧分子。 相比之下，在肌肉细胞中发现的蛋白质肌红蛋白只有一个这样的单位。活性位点位于疏水口袋中。这是重要的，因为没有它，铁（II）将不可逆地氧化成铁（III）。用于形成HbO的平衡常数使得取决于肺中或肌肉中的氧气体分压而吸收或释放氧。在血红蛋白中，四个亚基显示协同效应，其允许容易的氧从血红蛋白转移到肌红蛋白。在血红蛋白和肌红蛋白中，有时都会错误地指出含氧物质含有铁（III