O sangue de cor escura, chamado sangue venoso, é escuro porque se tornou desoxigenado após ter viajado pelo corpo antes de retornar ao coração sem oxigênio. O sangue que sai do coração, chamado sangue arterial, é bombeado dos pulmões de volta para o coração pela artéria pulmonar e contém uma grande quantidade de oxigênio para distribuição ao redor do corpo. O sangue arterial, portanto, parece um vermelho mais brilhante do que o sangue venoso desoxigenado.
O sangue obtém sua cor dos glóbulos vermelhos chamados hemoglobina, aos quais o oxigênio se liga. Noventa e sete por cento do oxigênio transportado pelo sangue dos pulmões é transportado pela hemoglobina. Além de transportar oxigênio pelo corpo, a hemoglobina ajuda a remover o dióxido de carbono do corpo. A diferença de cor entre o sangue venoso e o sangue arterial é conhecida como diferença arteriovenosa de oxigênio. O sangue venoso também é mais frio do que o sangue arterial devido ao seu baixo teor de oxigênio e pH.
Um equívoco comum e persistente indica que o sangue desoxigenado é azul porque as veias podem parecer azuis devido à forma como a luz é difundida pela epiderme. A pele humana também pode adquirir uma cor azulada, conhecida como cianose, às vezes como resultado de certas condições médicas; no entanto, o sangue humano desoxigenado nunca é azul.