绝大多数脊椎动物的血液是红色的，无脊椎动物的血液则有的呈蓝色，有的呈紫红色、绿色等。
动物血液呈现什么颜色，要看血液中生色物质所吸收的光是哪些可见光，如果吸收的某种或某些可见光，则显示出的颜色就是这些颜色的互补色，或者说对哪种光不吸收或吸收的较少则显示出该种颜色，正如叶绿素对绿色光几乎不吸收而使其呈现绿色一样。血红蛋白的血红素分子有11个双键，共轭双键所吸收的可见光使得血红蛋白呈红色。然而，血红蛋白在氧合状态和脱氧状态下由于构象的变化使得它们的吸收光谱也有所不同。所以，氧合血红蛋白最终呈现的颜色是红色，脱氧血红蛋白的颜色是紫蓝色。
因此，脊椎动物血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白所占的比例就决定了动脉血和静脉血的颜色。在一些无脊椎动物中，多数动物的血液不含血红蛋白，如软体动物（头足动物和石鳖属等）以及节肢动物（虾、蟹及肢口纲的鲎）所含的是血蓝蛋白。血蓝蛋白分子由Cu2+和1个约200个以上氨基酸的肽链结合而成，和血红蛋白一样，该呼吸色素的颜色也与其状态有关，在氧和状态下为蓝色，在非氧和状态下则为无色或白色。有些多毛虫（如帚毛虫科、绿血虫科）的血液中含有血绿蛋白，钙蛋白也含有铁离子，化学性质与血红蛋白相似，氧合时呈红色，而非氧和状态下却呈绿色；另外，像星虫、多毛虫纲的长沙蚕属及腕足动物中的血液中也有一种含铁的蛋白叫血褐蛋白，该蛋白不含卟啉结构，氧和状态下显紫红色，而非氧和状态下为褐色。
值得一提的是昆虫的血液，昆虫的血液其实一个运送营养物质和代谢废物的内部介质，所以又称血淋巴，由血浆和血细胞组成，因呼吸作用在气管中进行，故昆虫的血液无呼吸色素。昆虫的血液也常有各种颜色，常见的有黄色、橙红色、蓝绿色和绿色等，它们血液中所含的色素物质使得其血液呈现出特定的颜色，如大天蚕蛾中有α—胡萝卜素、核黄素和黄素—核苷酸；家蚕中的黄酮、荧光素和叶酸；菜粉蝶的幼虫血液的绿色是因为黄色蛋白（其辅基为β—胡萝卜素和叶黄素）和一种蓝色蛋白（其辅基为胆绿素）共同存在的结果。在散居型飞蝗绿色血液中也有类似的成分，但是，一种绿色蝽的绿色血液是由于一种β—胡萝卜素—蛋白复合体和一种近似花青素存在的结果。昆虫血液中的这些色素一般认为是从食物中获得的。另外，昆虫血液的颜色有的还与性别有关，如菜粉蝶的幼虫、蛹和成虫的血液，雌的为绿色，雄的则为黄色或无色。
