細胞色素中血紅素上的卟啉環以四個配位鍵與一個鐵原子相連，形成四配位的絡合物。由于在血紅素這樣一個環狀體系中，鐵原子處于活潑的化學狀態，可以在還原態(Fe2+)和氧化態(Fe3+)之間可逆變化，使得 細胞色素可以進行氧化還原反應。因為細胞色素或以及其他參與氧化還原的相關復合物以有序狀態錨定在膜上，這樣就可以以正確的次序進行氧化還原反應，以最大化反應的效率。
細胞色素參與了氧化磷酸化（如細胞色素c）和光合磷酸化（如細胞色素b563）的電子傳遞鏈。氧化磷酸化反應所產生的跨膜質子濃度梯度可為合成ATP提供能量，而ATP是生命活動的能量來源。也有部分細胞色素參與非磷酸化的電子傳遞鏈，如細胞色素P450參與脂類物質的代謝。