血红素是一种铁质蛋白，它主要存在于红细胞中，可以与氧气结合成为血红蛋白，运输氧分子到全身各个部位。血红素的合成和分解是人体内一系列复杂的生化反应过程，其中任何一个环节出现问题都有可能导致疾病的发生。比如溶血性贫血和铁粒幼细胞性贫血等疾病与血红素合成或代谢异常有关。
血红素除了在运输氧气的过程中起重要作用外，它还有另外一种形态，就是代谢产物胆红素。血红蛋白在衰老或受到损伤时会被分解成血红素和球蛋白，在肝脏中经过几个步骤转化成胆红素，随后进入肠道被肠内细菌降解为胆色素，最终被排泄出体外。如果胆红素无法及时排除，就会在皮肤和眼白等部位沉积，形成黄疸。黄疸是胆红素代谢异常的常见表现。
在科学研究和临床应用中，血红素也被证明具有一定的药物学和生物学效应。血红素分子又称为“肉眼可见的生理活性分子”，其中一种生物活性衍生物——一氧化氮血红素（NO-Hb）可以作为一种天然抗炎、抗氧化和抗癌的物质，具有良好的生物相容性和生物可降解性。血红素或其衍生物目前正在用于一些疾病的治疗研究，包括心血管疾病、脑中风、癌症、糖尿病等，具有广阔的应用前景。