โครงสร้างของฮีโมโกลบิน ซึ่งประกอบไปด้วย 4 หน่วย คือหน่วยแอลฟา 2 หน่วย
และเบต้า 2 หน่วย แต่ละหน่วยจะมีฮีมเกาะอยู่ (ดังรูปข้างล่าง) Fe ในฮีมจะเป็นตัวกับออกซิเจน ฮีโมโกลบินที่จับกับออกซิเจนเรียกว่า ออกซี-ฮีโมโกลบิน (oxy-hemoglobin) เมื่อปล่อย
ออกซิเจนออกมาเรียกว่า ดีออกซี-ฮีโมโกลบิน (deoxy-hemoglobin) สูตรโครงสร้างสามมิติของฮีโมโกลบินเมื่อจับและไม่จับกับออกซิเจนจะแตกต่างกันเล็กน้อย