Il ferro può esistere negli stati di ossidazione +2 e +3, ma solo lo stato di ossidazione minore è in grado di legare l'ossigeno. Quando il ferro si trova nello stato di ossidazione +3 non è più in grado di legare l'ossigeno e l'emoglobina prende il nome di metaemoglobina. La capacità di legare l'ossigeno da parte dell'eme così come quella di trattenere gli elettroni vengono modificate dalla proteina nella quale si trova.