两种蛋白质都是以血红素为辅基，并能与氧分子可逆结合的蛋白质，作为生物体主要色素来源的血红素是血红蛋白、肌红蛋白以及细胞色素等的辅基，卟啉化合物在紫外光照射下具有红色荧光，这也是刑侦工作经常使用的方法。
血红蛋白和肌红蛋白在结构分布和功能上均有不同，首先是结构不同，肌红蛋白是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白，是肌肉内储存氧的蛋白质，氧饱和曲线为双曲线型，含有血红素和血红蛋白同原，与氧的结合能力介于血红蛋白和细胞色素氧化酶之间，可帮助肌细胞将氧转运到线粒体，血红蛋白是使血液呈红色的蛋白质，是由一个珠蛋白和四个血红素所组成的蛋白质。
第二方面是分布不同，肌红蛋白存在于肌细胞中从软体动物到人的各种动物中都有，血红蛋白主要存在于脊椎动物血液的红细胞中。
第三方面氧结合曲线不同，肌红蛋白与氧的结合曲线为双曲线型，而血红蛋白为 s 型曲线，肌红蛋白是肌肉中氧的贮存库，肌肉活动时具有快速供氧的能力，血红蛋白的功能是运输氧，所以血红蛋白既能在肺泡高氧分压条件下结合氧，又能在周围组织的低氧条件下将大部分氧释放出来。
