并不都是，血液的颜色通常来自其中的携氧蛋白，这些蛋白质在不同的动物类群身上有不同的起源，结构大相径庭，因此颜色也各异，但杂环化合物以及铁或铜的阳离子又是最惯例的组成，表现出许多共有的特征。
像这样，在差异中体现着性，用偶然应对必然，就是生命现象中最精彩的内容了。
提起血液，几乎每个人的第一反应都是「红色」，这是因为在现代生态系统中占据主导地位的脊椎动物，通常都有被血红蛋白染红的血液。
血红蛋白大约出现于4.5亿年前到5亿年前的无颌鱼身上，经历过数次基因重复，现在的血红蛋白由4个亚基组成，血液的红色就来自每个亚基中的一个血红素分子。
血红素是一种卟啉衍生物，中央以配位键镶嵌了一个亚铁离子，在适当的氧浓度下，这个亚铁离子就会在一个组氨酸残基的配合下，可逆地结合一个氧分子，但不改变自己的化合价。特别精巧的是，血红蛋白一旦有某个亚基携带了氧分子，就会连锁地改变整体构型，使其余3个氧分子一个比一个容易结合，释放氧气时也同样迅速。我们脊椎动物因此获得了高效率的新陈代谢，在体型巨大的同时动作敏捷而有力。
但某些脊椎动物拥有不同程度的蓝绿色血液，比如绿血石龙子（Prasinohaema sp.）、亚马逊牛奶蛙（Trachycephalus resinifictrix）、长蛇齿单线鱼（Ophiodon elongatus），尤其后者，体长可达1.5米，是常见的垂钓鱼，以孔雀色的鱼片著称。
这类奇怪的颜色同样与血红素有关：血液中的红细胞数量多而寿命短，血红素泄漏出来之后，其中的铁会被回收利用，卟啉环就被氧化打开，成为胆绿素——大多数脊椎动物都会把胆绿素进一步还原成胆红素，在肝脏里代谢掉，但这些动物缺乏胆绿素还原酶，胆绿素就累积起来染绿了血肉，另外某些鸟类还会专门合成胆绿素，用来把蛋壳染绿，便于伪装。
很多软体动物和水生节肢动物也有冷色调的血液，最著名的是鲎，我们会在它们游上沙滩时捕捉它们，从它们体内抽取宝贵的蓝色血液，再用其中的变形细胞制取鲎试剂，这种试剂可以极精准地检测微量细菌，在药物研发中意义重大。
这种淡蓝色源自它们体内的血蓝蛋白，这种蛋白质不像血红素那样包含在细胞内，而直接溶解在血液内，形态近似一个圆桶，内部以两组六个组氨酸残基粘住一对亚铜离子，当这对亚铜离子被一个氧分子氧化，变成铜离子，就让携带氧分子的血蓝蛋白显出了独特的蓝色。
但血蓝蛋白的携氧能力要比血红蛋白差很多，多数陆生节肢动物都直接让氧气在体内自由扩散，只有一些个头较大的蛛形纲动物能在蜕皮时显出明显的灰蓝色。
在动物界几个重要的门中，环节动物的血液要复杂一些。多毛纲的环节动物往往有绿色的血液，比如水蛭。这来自一种与脊椎动物血红蛋白非常类似的血绿蛋白，其中镶嵌的血绿素与我们的血红素也非常类似，只有一个官能团的差别，它在不携氧时显绿色，携氧时显红色，所以他们的呼吸器官总是比身体的其它部分更鲜艳。
而蚯蚓同样拥有红色的血液，这倒不是因为它们拥有和我们一样的血红蛋白，而是因为它们拥有一种独特的“蚯蚓血红蛋白”，用6个组氨酸咬住两个亚铁离子，然后以过氧化物的形式将氧分子嵌在其中，变成三价铁。这种血液在不携氧时呈无色，携氧时呈红色，所以爬到地面上的蚯蚓总是更红一些。
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