Hemoglobin som et redskap for oksygen bærer omtrent 65 ganger volumet av oksygen som ellers ville bli transportert av enkel løsning i plasma. Konformasjonsskift av molekylet induserer en kooperativ oksygen-hemoglobinaffinitet. Denne egenskapen reflekteres i den sigmoide formen av oksygen-hemoglobin dissosiasjonskurven. Affiniteten til hemoglobin påvirkes av temperatur, hydrogenioner, karbondioksid og intraerytrocytisk 2,3-DPG, med alle disse faktorene som gjensidig påvirker hverandre. Fysiologiske forhold knyttet til endringer i hemoglobin-oksygenaffinitet er oksygenopptak i lungen, oksygenlevering i kapillærene, og spesielt oksygenlevering i arbeidsmuskel, diaplacental oksygenoverføring og regulering av erytropoese. Hemoglobin – oksygenaffinitet oppnår patologisk betydning for oksygenforsyning under respiratorisk eller metabolsk alkalose når individets hemodynamiske og vevsresponser er begrenset: den økte affiniteten kan kritisk senke kapillær oksygenspenning. Methemoglobin og karbonmonoksid skifter oksygen dissosiasjonskurven til venstre, slik at forgiftning med begge stoffene reduserer både total oksygenkapasitet og oksygentilførsel av gjenværende hemoglobin som er i stand til å binde oksygen. Denne effekten av metemoglobin og karbonmonoksid må vurderes ved intensiv omsorg for berusede ofre. Transfusjoner av store mengder lagrede røde blodlegemer, hvis hemoglobin viser høy affinitet, kan tvinge kapillær oksygenspenningen ned, spesielt hos pasienter med nedsatt hjerteytelse. Den reduserte oksygenaffiniteten hos pasienter med kronisk nyresykdom og anemi må opprettholdes ved å unngå økning i acidotisk plasma pH. i det nyfødte har hemoglobin en høy affinitet for oksygen fysiologisk; den hemodynamiske reserven til den nyfødte er begrenset. Derfor spiller hemoglobininnholdet en avgjørende rolle i oksygentransportkapasiteten i de første månedene av ekstrauterint liv. Derfor må rødcelletransfusjon startes mye tidligere i neonatal kirurgi enn hos voksne. De røde cellene må være friske, eller i beste fall «forynget». Normalt er oksygenaffinitet ikke relevant for oksygenforsyning, men posisjonen til oksygen-hemoglobin dissosiasjonskurven kan være en kritisk faktor i situasjonene beskrevet ovenfor, spesielt når blodstrømmen er i tillegg begrenset.