En el torrente sanguíneo, la mayor parte (más del 98%) del oxígeno se transporta en combinación química con la hemoglobina, una proteína especializada que se encuentra en los glóbulos rojos. El oxígeno se une reversiblemente a la hemoglobina en los pulmones, donde la concentración de oxígeno es alta, y se libera en los tejidos donde la concentración de oxígeno es menor. Sólo una pequeña cantidad de oxígeno (menos del 2%) se disuelve en el plasma sanguíneo, de forma similar a como el oxígeno se disuelve en agua.