hemoglobina jako nośnik tlenu przenosi około 65 razy objętość tlenu, która w przeciwnym razie byłaby transportowana prostym roztworem w osoczu. Zmiany konformacyjne cząsteczki wywołują kooperacyjne powinowactwo tlen-hemoglobina. Ta właściwość znajduje odzwierciedlenie w sigmoidalnym kształcie krzywej dysocjacji tlen-hemoglobina. Powinowactwo hemoglobiny zależy od temperatury, jonów wodorowych, dwutlenku węgla i intraerytrocyty 2,3-DPG, przy czym wszystkie te czynniki wzajemnie na siebie wpływają. Warunki fizjologiczne związane ze zmianami powinowactwa hemoglobina-tlen są wychwyt tlenu w płucach, dostarczanie tlenu w naczyniach włosowatych, a zwłaszcza dostarczanie tlenu w mięśniach roboczych, diaplacental transferu tlenu i regulacji erytropoezy. Powinowactwo hemoglobina-tlen osiąga patologiczne znaczenie dla dostarczania tlenu podczas alkalozy oddechowej lub metabolicznej, gdy reakcje hemodynamiczne i tkankowe jednostki są ograniczone: zwiększone powinowactwo może krytycznie obniżyć napięcie tlenu kapilarnego. Methemoglobina i tlenek węgla przesuwają krzywą dysocjacji tlenu w lewo, tak że zatrucie obiema substancjami zmniejsza zarówno całkowitą pojemność tlenu, jak i dostarczanie tlenu pozostałej hemoglobiny zdolnej do wiązania tlenu. Ten efekt methemoglobiny i tlenku węgla musi być brany pod uwagę w intensywnej terapii odurzonych ofiar. Transfuzje dużych ilości przechowywanych krwinek czerwonych, których hemoglobina wykazuje wysokie powinowactwo, mogą wymusić napięcie tlenu kapilarnego w dół, szczególnie u pacjentów z zaburzeniami czynności serca. Obniżone powinowactwo tlenu u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek i niedokrwistością musi być zachowane poprzez uniknięcie wzrostu kwaśnego pH osocza. u noworodka hemoglobina ma wysokie powinowactwo do tlenu fizjologicznie; rezerwa hemodynamiczna noworodka jest ograniczona. Dlatego zawartość hemoglobiny odgrywa kluczową rolę w zdolności transportu tlenu w pierwszych miesiącach życia pozamacicznego. W związku z tym transfuzję krwinek czerwonych należy rozpocząć znacznie wcześniej w chirurgii noworodka niż u dorosłych. Czerwone krwinki muszą być świeże lub w najlepszym razie „odmłodzone”. Zwykle powinowactwo tlenowe nie ma znaczenia dla dopływu tlenu, ale położenie krzywej dysocjacji tlen-hemoglobina może być czynnikiem krytycznym w sytuacjach opisanych powyżej, szczególnie gdy przepływ krwi jest dodatkowo Ograniczony.