Fisiologicamente o per azione di determinate sostanze ossidanti (acqua ossigenata, permanganato di potassio, nitrito ecc.) o di certi farmaci o di alcune sostanze contenute nelle fave (vedi favismo), lo ione Fe2+ (ione ferroso) si trasforma in ione Fe3+ (ione ferrico) e l'emoglobina si trasforma in metaemoglobina (MetHb), incapace di legare l'ossigeno. Nel sangue è normale una presenza del 2% di MetHb; se questa percentuale sale, la respirazione viene compromessa. La riconversione a ione ferroso avviene tramite l'enzima riducente metaemoglobina reduttasi, con una reazione a catena che comporta l'ossidazione del NADPH e la riduzione del glutatione, che mantiene la cellula in uno stato riducente prevenendo la formazione di MetHb.