血液的颜色取决与血中氧气的含量，氧分子与红细胞中的血红蛋白（hemoglobin)结合，形成氧合血红蛋白(oxyhemoglobin）， 后者是血红蛋白与氧分子可逆性结合而生成的一种物质，氧合血红蛋白将氧气从肺部传输到身体其他部位。在体循环（大循环）的动脉中流动的血液以及在肺循环（小循环）中从肺回到左心房的肺静脉中的血液。动脉血含氧较多，多为氧合血红蛋白，呈鲜红色。各种原因引起的缺氧，比如位于高原地区或严重的心肺以及血液系统疾病，可引起口唇紫绀,以及皮肤粘膜以及末梢循环颜色发紫。在体循环（大循环）的静脉中流动的血液以及在肺循环（小循环）中从右心室通过肺动脉流到肺部的血液含二氧化碳较多，多为还原血红蛋白(脱氧血红蛋白)，含氧较少，呈蓝紫色。
可见，并不是在动脉中流动的就一定是含氧较多，呈鲜红色的通常所称的动脉血。
在大循环中动脉血氧含量高,血红蛋白正常情况下95%都为氧和血红蛋白,故血液呈鲜红色,静脉血因经过组织（组织呼吸）,氧被消耗,血氧饱和度下降到70%~75%,故呈现蓝紫色和鲜红色混合后的暗红色,血氧饱和度越低,血色越偏蓝紫。而在肺循环中，情况正好相反，肺动脉流的是肺部气体交换（肺呼吸）前的静脉血，肺静脉流的是肺部气体交换后，也就是血红蛋白结合氧分子后的动脉血。肺静脉血经心脏的泵血作用进入体循环的动脉系统。
另外，人体内关于动脉血的一个特殊情形，就是在动脉性微血管组成的肾小球两端的入球小动脉和出球小动脉内都流动着动脉血，这是因为氧元素在肾小球内流过时，基本没有损耗。这也证明人们经常认为的毛细血管两端一端流静脉血，一端流动脉血的观点是错误的。