Tlen słabo rozpuszcza się w wodzie, dlatego u większości zwierząt transport gazów oddechowych, głównie tlenu, odbywa się za pośrednictwem białek, które mają zdolność do ich odwracalnego wiązania. Zawarte w białkach transportujących tlen jony, m.in. żelaza i miedzi, nadają im określoną barwę – z tego powodu określa się je mianem barwników oddechowych. Barwniki oddechowe bezkręgowców (hemoglobina, hemocyjanina, chlorokruoryna, erytrokruoryna) występują w postaci rozpuszczonej w hemolimfie. Głównymi barwnikami oddechowymi zwierząt kręgowych są z kolei hemoglobina zawarta w krwinkach czerwonych (erytrocytach) oraz obecna w mięśniach poprzecznie prążkowanych mioglobina.  Mioglobina stanowi magazyn gazów oddechowych, umożliwiając zwierzętom m.in. funkcjonowanie w warunkach niedoboru tlenowego. Dzięki temu np. ssaki morskie mogą długo pozostawać w zanurzeniu: u fok Weddella (Leptonychotes weddellii), nurkujących na głębokość 200 do 500 metrów, zgromadzony w organizmie tlen pozwala wydłużyć czas przebywania pod wodą nawet do 20 minut.