血液呈红色的主要原因
血液呈现红色主要是因为血液中含有大量的红细胞，红细胞在血液中的数量占比较大，使得血液突出显示了红细胞群的颜色，从而呈现红色。在1立方毫米体积的血液中，有450 - 500万个红细胞，而白细胞只有6000 - 8000个，血小板有30 - 50万个，红细胞的数量为白细胞的近千倍、血小板的30 - 50倍。
红细胞中导致血液呈红色的物质
红细胞可粗略分为不带红色素的细胞膜和细胞内带有红色素的血红蛋白。血红蛋白是一种含铁的蛋白质，约占红细胞重量的33%，它是使红细胞呈现红色的关键物质。血红蛋白内有一种红色的化合物叫做血红素，血红素是一种卟啉衍生物，以亚铁离子为中央配位键，正是这种含铁的血红素使得血红蛋白呈现红色，进而让红细胞以及整个血液呈现红色。
血液颜色形成的生理机制
在生理机制方面，血液的红色与血红蛋白的功能密切相关。血红蛋白在血液中负责氧气的运输，并且参与细胞呼吸、信号转导、基因表达调控、昼夜节律调控等生物学过程。受氧气浓度影响，亚铁离子可以结合组氨酸残基，在保持自身化合价的情况下，可逆地结合一个氧分子。一旦血红蛋白中某个亚基携带了氧分子，会继续连锁反应，这个亚基将改变自身整体结构，使得其余3个亚基与氧分子更容易结合，更迅速的释放氧气。当血红蛋白与氧气结合时，血液会呈现鲜红色，如动脉血；而当血红蛋白释放氧气后，血液则呈现暗红色，如静脉血。这是因为与氧气结合的血红蛋白（氧合血红蛋白）颜色更鲜艳，而释放氧气后的血红蛋白颜色相对较暗。
不同动物血液颜色差异及原因
不同动物的血液颜色存在差异。绝大多数脊椎动物的血液是红色的，这是因为它们的血液中含有血红蛋白。然而，无脊椎动物的血液则有多种颜色，例如鲎的血液是蓝色的，这是因为它们红细胞内主要成分是一种血蓝蛋白而不是血红蛋白，这种血蓝蛋白含铜，呈蓝绿色，因此也叫铜蓝蛋白；蜘蛛的红细胞主要成分是血绿蛋白，所以它的血液是绿色的；多种环节动物，比如龙介虫科的血液是绿色的，含有血绿蛋白；一些海洋无脊椎动物，比如星虫动物门的血液是紫红色，含有蚯蚓血红蛋白；多数昆虫是无色血液，田螺是奶白色等。这些差异主要是由于不同动物血液中负责输送氧气的蛋白质所含的物质元素不同。血细胞蛋白中含有的物质元素不同，血液的颜色就不同。
血液红色与健康的关系
血液的红色与健康有着密切的关系。在正常健康状态下，人体的动脉血呈鲜红色，静脉血呈暗红色。但当身体出现健康问题时，血液颜色会发生改变。例如，当贫血（如缺铁性贫血、巨幼细胞贫血、再生不良性贫血等）时，血液可呈淡红色，原因是血红蛋白低于正常标准，血红蛋白过少便使血液呈现淡红色，重症贫血时血液甚至呈现稀薄的粉红色；当一氧化碳中毒时，血液可呈樱桃红色，这是因为一氧化碳结合血红蛋白的能力非常强，结合成碳氧血红蛋白，使血红蛋白失去携氧能力，由鲜红色转呈樱桃红色；当肺脏、心脏有疾病时，血液可呈暗红色，此时，血红蛋白携氧能力明显下降，机体处于缺氧状态，使得动脉血呈暗红色；当血液中血脂过多时，血液可呈白色，俗称牛奶血，严重时会导致急性胰腺炎、胆石症、脂肪肝、冠心病、脑中风、肾功能不全等疾病；当亚硝酸盐中毒时，血液可呈棕色或黑色，亚硝酸盐能将血红蛋白中的二价铁氧化成三价铁，从而使它失去携氧作用；当患肝脏疾病或梗阻性胆囊疾病时，血液可呈黄褐色，原因是上述疾病发生时血液中的总胆红素浓度增高，导致血液呈黄褐色。