血液将营养和氧气运送到身体细胞中，并从细胞处带走代谢废物二氧化碳。氧气通过肺或鳃进入生物机体，而后被用来燃烧产能营养物。这种气体很难溶解在水和血液中，因此需要有额外的组件来提高血液的运氧能力。呼吸色素满足了这一需求:含金属的血红蛋白和血蓝蛋白，它们分别是红色和蓝色的。
血红蛋白是红细胞的主要成分，它事实上存在于所有脊椎动物以及大多数无脊椎动物体内。血红蛋白是一种含铁蛋白质，它由弗雷德里希·路德维希·胡尼菲尔德于1840年发现。红细胞与氧气的可逆结合取决于血红蛋白的存在，生物化学领域的开拓者菲利克斯·霍佩·塞勒于1866年首次报告了这种可逆结合。看动物的血液在血红蛋白满载氧气时是鲜红色的，当氧气和血红素结合时，氧气在哺乳动物体内的溶解度能增加七十倍。
相比之下，在大多数软体动物和节肢动物体内，运载氧气的是含铜的血蓝蛋白。铜使携氧的血蓝蛋白呈现出一种蓝色。血蓝蛋白是在1927年由瑞典化学家特奥多尔·斯韦德贝里着先发现的，不过他更为人所知的研究课题是分析超速离心法。
血红蛋白和血蓝蛋白拥有同样的呼吸功能，不过它们在血液循环中运输的方式各不相同。血红蛋白和红细胞紧密结合，存在于血管组成的封闭循环系统内；氧气通过最细小的血管一毛细血管的管壁扩散，进入细胞周围的组织液。而携氧的血蓝蛋白并不和血细胞结合，而是悬浮在血淋巴中：这种液体存在于一个开放的循环系统中，机体细胞直接浸泡其中。有些昆虫有更简单的开放式循环系统，而其中的血淋巴不包含携氧分子。
