Composé formé d'hémoglobine et d'oxygène. C'est un produit d'oxygénation (et non d'oxydation) de l'hémoglobine, dans lequel le fer reste à l'état ferreux. L'oxyhémoglobine est de couleur rouge; c'est un composé labile, qui peut céder facilement l'oxygène qu'il a fixé.