Toàn bộ phân tử Hb chứa 574 acid amin. Cấu trúc bậc 2 của hemoglobin các chuỗi α và β có hơn 70% acid amin tạo nên tạo nên 7 chuỗi xoắn α và 8 chuỗi xoắn β có chiều dài từ 7 đến 20 acid amin .Trong cấu trúc bậc 3 Hb các chuỗi α và β cuộn khúc tại những điểm acid amin không xoắn giống cấu trúc bậc 3 của myoglobin .Mỗi một chuỗi polypeptide xoắn kết hợp với một Hem tạo thành phân tử Hemoglobin có cấu trúc bậc bốn