Nos capilares pulmonares, a hemoglobina (Hb) se liga ao O₂ para formar oxihemoglobina (HbO₂) — uma molécula vermelho brilhante. Cada tetâmero de Hb transporta até 4 moléculas de O₂ cooperativamente.
Nos tecidos, a HbO₂ libera O₂ (impulsionado por pO₂ mais baixo, CO₂ mais alto, H⁺, temperatura, 2,3-BPG) tornando-se desoxihemoglobina (desoxi-Hb) — vermelho escuro/azulado. A desoxi-Hb se liga a CO₂ e H⁺ (efeito Haldane) para transporte de volta aos pulmões.
Este ciclo reversível de oxigenação é a base da oximetria de pulso (SpO₂), que mede a razão HbO₂/(HbO₂+deoxi-Hb) por absorção diferencial de luz em 660 nm (vermelho) e 940 nm (infravermelho).