血液的顏色取決與血中氧氣的含量，氧分子與紅細胞中的血紅蛋白（Hemoglobin)結合，形成氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin）， 后者是血紅蛋白與氧分子可逆性結合而生成的一種物質，氧合血紅蛋白將氧氣從肺部傳輸到身體其他部位。在體循環（大循環）的動脈中流動的血液以及在肺循環（小循環）中從肺回到左心房的肺靜脈中的血液。動脈血含氧較多，多為氧合血紅蛋白，呈鮮紅色。各種原因引起的缺氧，比如位于高原地區或嚴重的心肺以及血液系統疾病，可引起口唇紫紺,以及皮膚粘膜以及末梢循環顏色發紫。在體循環（大循環）的靜脈中流動的血液以及在肺循環（小循環）中從右心室通過肺動脈流到肺部的血液含二氧化碳較多，多為還原血紅蛋白(脫氧血紅蛋白)，含氧較少，呈藍紫色。
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可見，并不是在動脈中流動的就一定是含氧較多，呈鮮紅色的通常所稱的動脈血。
在大循環中動脈血氧含量高,血紅蛋白正常情況下95%都為氧和血紅蛋白,故血液呈鮮紅色,靜脈血因經過組織（組織呼吸）,氧被消耗,血氧飽和度下降到70%~75%,故呈現藍紫色和鮮紅色混合后的暗紅色,血氧飽和度越低,血色越偏藍紫。而在肺循環中，情況正好相反，肺動脈流的是肺部氣體交換（肺呼吸）前的靜脈血，肺靜脈流的是肺部氣體交換后，也就是血紅蛋白結合氧分子后的動脈血。肺靜脈血經心臟的泵血作用進入體循環的動脈系統。
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另外，人體內關于動脈血的一個特殊情形，就是在動脈性微血管組成的腎小球兩端的入球小動脈和出球小動脈內都流動著動脈血，這是因為氧元素在腎小球內流過時，基本沒有損耗。這也證明人們經常認為的毛細血管兩端一端流靜脈血，一端流動脈血的觀點是錯誤的。?
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