No sangue, a hemoglobina pode existir en dúas formas segundo leve unido osíxeno ou non. A forma con osíxeno denomínase oxihemoglobina; a outra, desoxihemoglobina. No sangue arterial, máis do 95% da hemoglobina está en forma de oxihemoglobina; na venosa, entre un 50 e un 80%. O sangue osixenado é de cor vermella brillante, mentras que o sangue desosixenado é de cor entre vermella escura e púrpura. Esta diferencia débese ó estado de oxidación do átomo de Fe (III na oxihemoglobina e II na desoxihemoglobina).
Certos trastornos poden cambiar a cor do noso sangue. Por exemplo, hai fármacos que aportan azufre á hemoglobina transformándoa en sulfohemoglobina, de cor verdosa.
Non todos os animais teñen o sangue vermello. Por exemplo, as arañas, os cangrexos de ferradura e outros artrópodos teñen unha hemolinfa (fluido equivalente ó sangue) de cor azul que deben ós dous átomos de cobre contidos na proteína hemocianina, que sustitúe neles á nosa hemoglobina.
Por outro lado, hai animais que teñen o sangue de cores distintas á vermella a pesar de que usan hemoglobina ou hemocianina como transportadores de osíxeno. Por exemplo, o cogombro de mar ten o sangue amarillenta debido á proteína vanabina, que contén vanadio. O eslizón (unha especie de lagarta) tena verde a causa da biliverdina.
Outra curiosidade é o peixe de xeo, que non ten glóbulos vermellos no sangue, o que fai que esta sexa transparente.