当血红蛋白由氧合状态转为去氧状态时，二氧化碳解离曲线将发生左移，Hb携带CO₂的能力提高，即在相同PCO₂下，静脉血携带的CO₂比动脉血多。霍尔丹效应由英国生理学家J.S.霍尔丹（John Scott Haldane，1860～1936）于1914年所报道。 

霍尔丹效应的发生，主要是因为HbO₂酸性较强，去氧Hb酸性较弱，所以去氧Hb容易与CO₂结合生成HbNHCOO，也容易与H⁺结合，使H₂CO₂解离过程中产生的H⁺被及时中和，有利于提高血液运输CO₂的量。因此，在组织中，由于HbO₂释出O₂而转变为去氧Hb，经霍尔丹效应可促使Hb与CO₂结合；在肺部，则因Hb与O₂结合，促进CO₂释放。可见O₂和CO₂的运输不是孤立进行的，而是相互影响的。CO₂通过波尔效应在肺部促进Hb与O₂的结合，在组织则促进HbO₂释放O₂；O₂又通过霍尔丹效应在组织促进Hb与CO₂的结合，在肺部促进结合于Hb上的CO₂释放。两者都与Hb的理化特性有关。