La hemoglobina trasporta oxígeno de forma habitual. La metahemoglobina aparece cuando la hemoglobina se une a algún otro compuesto de forma que esa unión es más fuerte que la que pueda tener con el oxígeno y esa hemoglobina no puede entonces trasportar oxígeno.
Es lo que ocurre, por ejemplo, en la intoxicación por monóxido de carbono. Este gas se une a la hemoglobina con más fuerza que el oxígeno y desplaza a éste, quedando inútil para transportar el oxígeno y provocando la asfixia de los tejidos.