血紅素，又稱血紅蛋白，俗稱血色素，（Hemoglobin(美國) 或 haemoglobin(英國) (/ˈhiːməˌɡloʊbɪn, ˈhɛ-, -moʊ-/)；縮寫︰Hb 或 Hgb）是高等生物體內負責運載氧的一種結合蛋白（也叫綴合蛋白質），是一種由血基質和珠蛋白組成的異源四聚體。可以用平均細胞血紅素濃度測出濃度。 血液中的血紅素從呼吸器官中將氧氣運輸到身體其他部位釋放，以滿足機體氧化營養物質支持功能運轉之需要，並將由此生成的二氧化碳帶回呼吸器官中以排出體外。平均每克血紅素可結合1.34ml的氧氣，是血漿溶氧量的70倍。一個哺乳動物血紅素分子可以結合最多四個氧分子。 血紅素也參與其他氣體的轉運：它能攜帶機體的部分二氧化碳（大約10%）。亦可將重要的調節分子一氧化氮結合在球狀蛋白的某個硫醇基團上，在釋放氧氣的同時將其釋放。 在紅血球及其祖系細胞以外也發現了血紅素——包括黑質中的A9多巴胺神經元、巨噬細胞、肺泡細胞以及腎臟中的繫膜細胞。在這些組織中，血紅素作為抗氧化劑和鐵代謝的調節因子存在，適用於生物高溫攜氧，在低溫情況下攜氧效果低。