Hemoglobine dat oxidatie van het ijzer heeft ondergaan, staat bekend als methemoglobine. Methemoglobine is een vorm van hemoglobine waarbij het ijzeratoom is geoxideerd van de ijzerhoudende (Fe2+) toestand naar de ijzerhoudende (Fe3+) toestand. Deze oxidatie kan optreden als gevolg van blootstelling aan bepaalde chemicaliën, medicijnen of gifstoffen, of kan het gevolg zijn van bepaalde genetische aandoeningen. Methemoglobine kan zich niet binden aan zuurstof en kan het daarom niet naar lichaamsweefsels transporteren, wat kan leiden tot een aandoening die methemoglobinemie wordt genoemd.