通常情况下，铁离子在体内是以二价铁的形式存在的。如果是血红蛋白分子的辅基血红素中的亚铁被氧化成三价铁，就成为高铁血红蛋白。高铁血红蛋白往往失去了带氧的功能，称之为高铁血红蛋白血症。

临床上出现高铁血红蛋白血症的时候，可以由于各种原因所引起。临床上见到最多的是由于中毒所导致的高铁血红蛋白血症。病人接触了一些药物或者是毒物，比如普鲁卡因、苯胺、亚硝酸盐、非那西汀，都有可能会导致高铁血红蛋白血症的发生。

另外，高铁血红蛋白血症的发生也有可能和婴儿腹泻有关系。先天性的高铁血红蛋白血症，主要是因为细胞色素b5还原酶缺乏所导致的，临床上相对比较罕见。