Дыхательная функция крови осуществляется кровяными пигментами. Это цветные вещества белковой природы — хромопротеины. Различают кровяные пигменты, содержащие железо (гемоглобин, эритрокруорин, хлорокруорин, гемэритрин) и медь (гемоцианин). Кровяные пигменты находятся в растворе или содержатся в кровяных тельцах. Они отличаются разной способностью связывать кислород.
Эритрокруорин, хлорокруорин и гемэритрин находятся в крови червей, гемоцианин – у моллюсков и ракообразных. Способность гемоцианина связывать кислород доказал И. М. Сеченов (1885). Оксигемоцианин имеет голубую окраску. Медь содержится в крови человека, высших животных и птиц, скапливается в печени, участвует в синтезе гемоглобина и активирует ферменты.
На ранних этапах развития (у беспозвоночных) кислород поглощается гемоглобином, который растворен в плазме, на более поздних этапах (у позвоночных) гемоглобин находится в эритроцитах. В результате филогенеза газы крови у высших животных переносятся не в растворенном, а в химически связанном состоянии, что позволяет переносить большие количества газов в небольшом количестве крови и не вызывает значительных колебаний концентрации водородных ионов и осмотического давления крови.