La funzione di questa molecola è basata sull'atomo di ferro, in grado di legare in maniera reversibile l'ossigeno, utilizzandolo per trasportare elettroni nella catena respiratoria, nel ridurre specie reattive dell'ossigeno (catalasi e perossidasi) o semplicemente trasportandolo nel sangue (emoglobina) o immagazzinandolo nei muscoli (mioglobina). Poiché nelle cellule il principale sito di ossidazione sono i mitocondri, molti enzimi contenenti eme si trovano lì.