赤血球は主にヘモグロビンを含んでいる。ヘモグロビンはヘムを持つ金属タンパク質である。肺や鰓の中では、ヘム中の鉄原子が酸素と結合し、身体の他の部分では酸素を放出する。酸素は赤血球の細胞膜を容易に透過できる。呼吸の結果出る二酸化炭素は、一部は赤血球によって回収されるが、その殆どは重炭酸として、血漿中に溶けて回収される。
脊椎動物の進化において、酸素が血漿ではなく、細胞によって運ばれるようになったことは非常に重要である。このお陰で、血液の粘性は下がり、より高濃度の酸素を運ぶことができるようになり、血液から組織への酸素の拡散の効率が上がる。
ヒトについては長命説が優勢で120日間とされている。ラットでは約60日である。哺乳類において最長の寿命を持つものはラクダの赤血球であり約225日である。また酸素不足となると寿命は大幅に減少する。
鳥類以下の赤血球は細胞核を持っており、そうした赤血球の寿命は哺乳類のそれにくらべて長い。
成熟途中で細胞核が失われ（脱核という）、さらにミトコンドリア等の細胞器官を失っている。そのため、エネルギーは全て解糖系でまかなっている。ただし、髄外造血が行われると、核を持つ未熟な赤血球（有核赤血球,NRBC）が出現する。
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形は真ん中のわずかにくぼんだ円盤状の形状（例外としてラクダ科では楕円形）である。円盤状の形状をとることにより、球形の形状に比べ表面積を拡大している。色は赤。赤色は呼吸色素ヘモグロビンに由来する。
1658年、オランダの昆虫学者ヤン・スワンメルダムの顕微鏡観察により発見され、1673年、レーウェンフックによっても観察された。
ヒトの場合、正常数は、男性で約500万個/mm³、女性で約450万個/mm³。寿命は約120日。大きさは7-8μmである。血液を1000G, 10分ほど遠心すると上層に血漿、中層にBuffycoat、下層に赤血球の層が沈殿するが、その比率は大凡55:1:44である。