La sintesi dell'eme ha luogo nel citoplasma e nel mitocondrio della cellula. Il processo enzimatico che produce l'eme va sotto il nome di sintesi porfirinica, poiché l'eme fa parte della famiglia delle porfirine. Questo processo di sintesi, e gli enzimi che ne fanno parte, sono molto conservati tra le varie specie. Nell'uomo, questa via di sintesi serve quasi esclusivamente a produrre eme; in altre specie serve anche a produrre sostanze simili come la cobalamina (vitamina B12). La sintesi dell'eme ha inizio dalla sintesi di acido (delta)-aminolevulinico dall'amminoacido glicina e dal "Succinil-CoA" proveniente dal ciclo di Krebs (ciclo dell'acido citrico). L'attività dell'enzima responsabile di questa reazione ("Ala sintasi") è regolato dal livello intracellulare di ferro e dalla concentrazione di eme. Gli organi principalmente coinvolti nella sintesi dell'eme sono il fegato e il midollo osseo, sebbene tutte le cellule lo richiedano per funzionare bene. Gli eritrociti a differenza dei loro precursori, i reticolociti, non possono produrlo.