Budowa hemoglobiny Cząsteczka hemoglobiny jest tetramerem złożonym z dwóch par białkowych podjednostek. Podjednostki oznaczone są najczęściej literami greckiego alfabetu (np. α, β, γ, δ). Nazwa hemoglobiny Pary podjednostekHbA α2β2HbF α2γ2HbA2 α2δ2HbS α2S2
Podjednostki nie są związane kowalencyjnie. Każda podjednostka zawiera jako grupę prostetyczną (niebiałkową) cząsteczkę hemu. Cząsteczka hemu zawiera położony centralnie kation żelaza (Fe2+) umożliwiający jej wiązanie cząsteczek tlenu (O2). Jedna cząsteczka hemoglobiny może przyłączyć od jednej do czterech cząsteczek tlenu, co powoduje, że hemoglobina może występować albo w stanie „odtlenowanym” (deoxyHb) lub w różnym stopniu „utlenowania” (oxyHb). Hem nadaje białku (i krwi) czerwony kolor.
Przykładowa hemoglobina zbudowana z 574 reszt aminokwasowych ma masę cząsteczkową ok. 66,5 kDa, a jej wzór sumaryczny to C3032H4816O872N780S8Fe4.
Konformacja łańcuchów α i β ludzkiej hemoglobiny wykazuje podobieństwa do cząsteczki mioglobiny.