血液中的O2物理溶解量极少，主要以HbO2形式运输。O2与Hb的结合的重要特征：
(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成为去氧Hb：
(2)Fe2+与O2结合后仍是二价跌，所以该反应是氧合，不是氧化。
(3)1分子Hb可以结合4分子O2100mL血液中，Hb所能结合的最大O2量称为Hb的氧容量，而Hb实际结合的O2量称为Hb的氧含量。Hb氧含量和氧容量的百分比为Hb的氧饱和度。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，称为发绀。
(4)Hb与O2的结合或解离曲线呈S形这与Hb的变构效应有关，氧解高曲线是表示Po2与Hb氧结合量或Hb氧饱和度关系的曲线。
曲线的上段相当于PO27.98～13.3kPa(60～100mmHg)，较平坦，可以认为PO2的变化对Hb氧饱和度影响不大。
中段相当于Po25.32～7.98kPa(40～60mmHg)，该段曲线较陡，是HbO2释放O2的部分。
下段是曲线坡度最陡的，即PO2稍有降低，HbO2就可大大下降。该段曲线内是Hb与O2分离的部分，它代表O2的储备。
Hb与O2的结合和解离可受多种因素影响，通常用P50表示Hb对O2的亲和力。P50是使Hb氧饱和度达50%时的PO2，P50增大，表明Hb对O2的亲和力降低，曲线右移;P50降低，表示Hb对O2的亲和力增加，曲线左移。影响Hb与O2亲和力或P50的因素有：
1)pH降低或Pco2升高，Hb对O2的亲和力降低，P50增大，曲线右移;酸度对Hb氧亲和力的这种影响称为波尔效应。它的机制与pH改变时，Hb构型变化有关。
波尔效应具有重要的生理意义，它有利于活动组织(酸性代谢产物与CO2增加)从血液中获得更多的O2，也有利于肺泡毛细血管中的Hb与O2结合。
2)温度升高，氧解离曲线右移，促进O2的释放;温度降低，曲线左移，不利于O2的释放。
3)2，3-二磷酸甘油酸浓度升高，Hb对O2的亲和力降低，氧解离曲线右移;2，3-DPG浓度降低，Hb对O2亲和力升高，曲线左移。
用枸椽酸-葡萄糖液保存三周后的血液，由于糖酵解停止，红细胞2，3-DPG含量下降，Hb不易与O2解离。所以，用大量贮存血液给病人输血，其运O2功能较差。
4)CO中毒既妨碍Hb与O2的结合，又妨碍对O2的解离。