血液中的O₂主要以氧合Hb（HbO₂）形式运输。O₂与Hb的结合有以下一些重要特征：

1．反应快、可逆、不需酶的催化、受PO₂的影响。当血液流经PO₂高的肺部时，Hb与 O₂结合，形成HbO₂；当血液流经PO₂低的组织时，HbO₂迅速解离，释放O₂，成为脱氧Hb：

2．Fe²⁺与O₂结合后仍是二价铁，所以该反应是氧合（oxygenation），不是氧化（oxidation）。

3．1分子Hb可以结合4分子O₂。Hb分子量是64000-67000道尔顿（d），所以1gHb可以结合1.34-1.39mlO₂，视Hb纯度而异。100ml血液中，Hb所能结合的最大O₂量称为Hb的氧容量。此值受Hb浓度的影响；而实际结合的O₂量称为Hb的氧含量，其值可受PO₂的影响。Hb氧含量和氧容量的百分比为Hb氧饱和度。例如，Hb浓度在15g/100ml血液时，Hb的氧容量=15×1.34=Hb 20.1ml/100ml血液，如Hb的氧含量是20.1ml，则Hb氧饱和度是100%。如果Hb氧含量实际是15ml，则Hb氧饱和度=15/20×100%=75%。通常情况下，溶解的O₂极少，故可忽略不计，因此，Hb氧容量，Hb氧含量和Hb氧饱和度可分别视为血氧容量（osygen capacity）、血氧含量（oxygen content）和血氧饱和度（oxygen saturatino）。HbO₂呈鲜红色，去氧Hb呈紫蓝色，当体表表浅毛细血管床血液中去氧Hb 含量达5g/100ml血液以上时，皮肤、粘膜呈浅蓝色，称为紫绀。

4．Hb与O₂的结合或解离曲线呈S形，与Hb的变构效应有关。当前认为Hb有两种构型：去氧Hb为紧密型（tense form,T型），氧合Hb为疏松型（relaxed form,R型）。当O₂与Hb的Fe²⁺结合后，盐键逐步断裂，Hb 分子逐步由T型变为R型，对O₂的亲和力逐步增加，R型的O₂亲和力为T型的数百倍。也就是说，Hb 的4个亚单位无论在结合O₂或释放O₂时，彼此间有协同效应，即1个亚单位与O₂结合后，由于变构效应的结果，其它亚单位更易与O₂结合；反之，当HbO₂的1个亚单位释出O₂后，其它亚单位更易释放O₂。因此，Hb氧离曲线呈S形。