Een hemoglobinemolecuul bestaat uit vier polypeptideketens, bekend als globines, gevouwen in een specifieke quaternaire structuur. Deze globineketens worden alfa, bèta, gamma en delta genoemd, afhankelijk van hun aminozuursequenties en structurele kenmerken. Elke globineketen bevat een heemgroep, een ijzerhoudende porfyrinering. Deze heemgroepen zijn verantwoordelijk voor het binden van zuurstofmoleculen.

De vier globineketens komen samen en vormen de quaternaire structuur van hemoglobine. De rangschikking van deze ketens is essentieel voor coöperatieve zuurstofbinding en -afgifte. De specifieke interacties tussen de globineketens en de heemgroepen zorgen ervoor dat hemoglobine zuurstof kan binden en vrijgeven bij de juiste zuurstofdruk in de weefsels en longen, waardoor efficiënt zuurstoftransport wordt vergemakkelijkt.