氧离曲线是表示血红蛋白氧饱和度与血氧分压之间相互关系的曲线。氧离曲线呈“Ｓ”形是由血红蛋白的特征决定的，一个血红蛋白分子含有四个血红素，每个血红素含一个亚铁（Fe2+）。血红蛋白分子的四个Fe2+是逐个与氧结合的。首先与氧结合的第一个Fe2+，改变珠蛋白肽链的构型，促使第二个Fe2+与氧亲和力加强，更易与氧结合。血红蛋白分子的四个Fe2+对氧的亲和力，决定于他们已经结合了多少氧，即结合的氧越多，则对氧的亲和力越大，由于这种结合特点，使得氧分压和氧饱和度之间的关系不是直线关系，而表现特殊的“Ｓ”形曲线。这种关系在呼吸生理上具有特别重要的意义。曲线上段平坦，相当于氧分压在60～100mmHg之间，变化较大，但饱和度变异较小，即外界或肺泡中氧分压有所下降，但氧饱和度依然可维持在较高水平。曲线下段很陡，意味着PO2略有下降，就有较多的O2释放出来，使得氧饱和度下降迅速，特别是PO2降至40～10mmHg（相当于组织部位PO2水平），坡度下降更快。分压稍有下降就有较多的O2逸出。这一特点对供应组织活动所需要的O2是十分有利的。再者，当血液pH、PCO2增多、温度升高、血液中2，3-二磷酸甘油酸含量增多及血红蛋白的质与量发生变化时，氧离曲线亦随之发生移动，使血红蛋白摄取氧和释放氧的能力发生变化，以适应机体代谢的需要。