Natleniona krew wypełniona jest tlenem z płuc. W przeciwieństwie do tego, odtleniona krew usunęła większość tlenu i powraca do płuc, gotowa do ponownego utlenienia.
Tlen jest przenoszony w krwinkach czerwonych przez związek zwany hemoglobiną, który jest zdolny do wiązania do czterech cząsteczek tlenu i tworzenia oksyhemoglobiny. Każda czerwona komórka krwi zawiera duże ilości tej cząsteczki, pozwalając im na noszenie znacznie więcej tlenu niż potrzeba, aby zapewnić, że podaż zawsze spełnia zapotrzebowanie. Krew nigdy nie jest prawdziwie odtleniona w tym sensie, że usuwa się cały tlen. Gdy dotleniona krew dociera do tkanki, hemoglobina przepuszcza cząsteczki tlenu w reakcji odwracalnej. Pierwsze kilka cząsteczek tlenu jest znacznie łatwiejsze do usunięcia niż dwa ostatnie, zapewniając gradient uwalniania. Kolor krwi zmienia się z jasnoczerwonego, gdy jest utleniony, na ciemnoczerwony, kiedy tlen został usunięty, aby mógł zostać użyty przez ciało.
