Hemoglobin liên kết với oxy bằng cách gỉ ở cấp độ nguyên tử. Phân tử hemoglobin trong tế bào hồng cầu là cái mà Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ gọi là "metalloprotein". Đó là, nó là một loại protein kết hợp một số kim loại, trong trường hợp này là sắt, vào cấu trúc của nó. Mỗi phân tử hemoglobin mang bốn nguyên tử sắt liên kết hoạt động hợp tác để mang oxy từ phổi, nơi có nhiều oxy, đến các bộ phận khác của cơ thể.
Theo trang web của Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia, các nguyên tử sắt được mang bởi hemoglobin phản ứng với sự hiện diện của oxy giống như cách mà sắt thường làm, bằng cách liên kết với nó trong một quá trình gọi là quá trình oxy hóa. Hợp chất tạo thành, oxit sắt, được gọi là gỉ khi nó được tìm thấy bên ngoài cơ thể. Bên trong các tế bào hồng cầu, các phân tử hemoglobin bị oxy hóa này giữ lại lượng oxy của chúng cho đến khi chúng đi đến một phần cơ thể không có đủ oxy, nơi nó sẽ được giải phóng.
Bài báo tương tự cũng lưu ý rằng bốn đơn vị con của phân tử hemoglobin hoạt động cùng nhau để liên kết oxy rất hiệu quả trong môi trường giàu oxy, nhưng hiệu ứng này sẽ yếu đi trong môi trường nghèo oxy. Phản ứng không đồng đều này khiến hemoglobin háo hức kết hợp với oxy trong phổi và cũng háo hức chia tay với nó khi có tế bào đói oxy, từ đó chu kỳ bắt đầu lại.
