Гемоглобин в пищеварительном тракте распадается на глобин и гем. Глобин как белок гидролизуется до аминокислот. Гем окисляется в, гематин и выводится с калом. Гемоглобин крови разрушается главным образом в печени, где подвергается окислению, в результате чего происходит разрыв системы порфириновых колец и окисление железа в трехвалентное. Этот первичный продукт окисления имеет зеленый цвет и называется вердоглобином. От последнего, возможно, спонтанно (самопроизвольно) отщепляется белок глобин и освобождается железо. В последующем глобин гидролизуется до аминокислот, а железо соединяется с белком, получая название ферритина, откладывается в организме как запасная форма железа. Оставшаяся небелковая часть - пигмент зеленого цвета - носит название биливердина, который восстанавливается в желто-красный билирубин. Однако принципиально распад гемоглобина может происходить везде в организме в связи с выходом крови за пределы сосудов и при клеточном распаде. Образовавшийся вне печени билирубин соединяется с альбумином и транспортируется кровью в печень. В норме его уровень в крови составляет 0,5-1,0 мг% (по Ван-ден-Бергу). В печени билирубин в значительной своей части соединяется с глюкуроновой кислотой и вместе со свободным билирубином (под названием "желчные пигменты") выделяется с желчью в кишечник.
В толстом кишечнике под действием микрофлоры билирубин через стадию уробилиногена превращается в стеркобилиноген, последний спонтанно окисляется в стеркобилин и выделяется с калом, которому он придает специфический цвет. Часть уробилиногена и стеркобилиногена в толстом отделе кишечника всасывается в большой круг кровообращения и, минуя печень, поступает в мочу и выводится из организма. С мочой выделяется смесь пигментов, среди которых главное место занимает стеркобилиноген.
В организме постоянно идет синтез гемоглобина. В опытах с мечеными атомами было установлено, что в синтезе гема принимают участие гликокол и янтарная кислота. В последующих стадиях включается железо. Глобин синтезируется из аминокислот. Конденсация 4 молекул гема с глобином и образует молекулу гемоглобина.