Le sang est un tissu conjonctif liquide essentiel au transport des nutriments, des gaz et des déchets dans tout le corps ; à la défense du corps contre les infections et autres menaces ; et à la régulation homéostatique du pH, de la température et d'autres conditions internes. Le sang est composé d'éléments figurés — érythrocytes, leucocytes et fragments cellulaires appelés plaquettes — et d'une matrice extracellulaire liquide appelée plasma. Plus de 90 pour cent du plasma est de l'eau. Le reste est principalement constitué de protéines plasmatiques — principalement l'albumine, les globulines et le fibrinogène — et d'autres solutés dissous tels que le glucose, les lipides, les électrolytes et les gaz dissous. En raison des éléments figurés, des protéines plasmatiques et d'autres solutés, le sang est collant et plus visqueux que l'eau. Il est également légèrement alcalin, et sa température est légèrement supérieure à la température corporelle normale.

Par le processus d'hémopoïèse, les éléments figurés du sang sont continuellement produits, remplaçant les érythrocytes, leucocytes et plaquettes à durée de vie relativement courte. L'hémopoïèse commence dans la moelle osseuse rouge, avec des cellules souches hématopoïétiques qui se différencient en lignées myéloïdes et lymphoïdes. Les cellules souches myéloïdes donnent naissance à la plupart des éléments figurés. Les cellules souches lymphoïdes ne donnent naissance qu'aux divers lymphocytes désignés comme lymphocytes B et T, et aux cellules NK. Les facteurs de croissance hématopoïétiques, y compris l'érythropoïétine, la thrombopoïétine, les facteurs de stimulation des colonies et les interleukines, favorisent la prolifération et la différenciation des éléments figurés.

Les érythrocytes, les éléments figurés les plus abondants dans le sang, sont des disques biconcaves rouges remplis d'un composé transporteur d'oxygène appelé hémoglobine. La molécule d'hémoglobine contient quatre protéines de globine liées à une molécule pigmentaire appelée hème, qui contient un ion de fer. Dans la circulation sanguine, le fer capte l'oxygène dans les poumons et le dépose dans les tissus ; les acides aminés de l'hémoglobine transportent ensuite le dioxyde de carbone des tissus vers les poumons. Les érythrocytes ne vivent en moyenne que 120 jours et doivent donc être continuellement remplacés. Les érythrocytes usés sont phagocytés par les macrophages et leur hémoglobine est décomposée. Les produits de dégradation sont recyclés ou éliminés comme déchets : la globine est décomposée en acides aminés pour la synthèse de nouvelles protéines ; le fer est stocké dans le foie ou la rate ou utilisé par la moelle osseuse pour la production de nouveaux érythrocytes ; et les restes d'hème sont convertis en bilirubine, ou d'autres produits de déchets qui sont captés par le foie et excrétés dans la bile ou éliminés par les reins. L'anémie est une carence en globules rouges ou en hémoglobine, tandis que la polyglobulie est un excès de globules rouges.

Les leucocytes fonctionnent dans les défenses de l'organisme. Ils se faufilent hors des parois des vaisseaux sanguins par émigration ou diapédèse, puis peuvent se déplacer à travers le liquide tissulaire ou s'attacher à divers organes où ils luttent contre les organismes pathogènes, les cellules malades ou d'autres menaces pour la santé. Les leucocytes granuleux, qui comprennent les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles, proviennent des cellules souches myéloïdes, tout comme les monocytes agranulocytes. Les autres leucocytes agranulocytes, les cellules NK, les lymphocytes B et les lymphocytes T, proviennent de la lignée des cellules souches lymphoïdes. Les leucocytes les plus abondants sont les neutrophiles, qui sont les premiers intervenants en cas d'infections, en particulier bactériennes. Environ 20 à 30 pour cent de tous les leucocytes sont des lymphocytes, qui sont essentiels à la défense de l'organisme contre des menaces spécifiques. La leucémie et le lymphome sont des malignités impliquant les leucocytes. Les plaquettes sont des fragments de cellules connues sous le nom de mégacaryocytes qui résident dans la moelle osseuse. Alors que de nombreuses plaquettes sont stockées dans la rate, d'autres entrent dans la circulation et sont essentielles à l'hémostase ; elles produisent également plusieurs facteurs de croissance importants pour la réparation et la guérison.

L'hémostase est le processus physiologique par lequel le saignement cesse. L'hémostase implique trois étapes fondamentales : le spasme vasculaire, la formation d'un clou plaquettaire et la coagulation, au cours de laquelle les facteurs de coagulation favorisent la formation d'un caillot de fibrine. La fibrinolyse est le processus par lequel un caillot est dégradé dans un vaisseau en voie de guérison. Les anticoagulants sont des substances qui s'opposent à la coagulation. Ils sont importants pour limiter l'étendue et la durée de la coagulation. Une coagulation inadéquate peut résulter d'un nombre insuffisant de plaquettes, ou d'une production inadéquate de facteurs de coagulation, par exemple, dans le trouble génétique de l'hémophilie. Une coagulation excessive, appelée thrombose, peut être causée par un nombre excessif de plaquettes. Un thrombus est une accumulation de fibrine, de plaquettes et d'érythrocytes qui s'est accumulée le long de la paroi d'un vaisseau sanguin, tandis qu'un embole est un thrombus qui s'est détaché de la paroi du vaisseau et circule dans la circulation sanguine.

Les antigènes sont des molécules non-soi, généralement de grandes protéines, qui provoquent une réponse immunitaire. Dans les réactions transfusionnelles, les anticorps se fixent aux antigènes à la surface des érythrocytes et provoquent l'agglutination et l'hémolyse. Les antigènes du groupe sanguin ABO sont désignés A et B. Les personnes ayant un sang de type A ont des antigènes A sur leurs érythrocytes, tandis que celles ayant un sang de type B ont des antigènes B. Ceux qui ont un sang AB ont à la fois des antigènes A et B, et ceux qui ont un sang de type O n'ont ni antigène A ni antigène B. Le plasma sanguin contient des anticorps préformés contre les antigènes non présents sur les érythrocytes d'une personne.

Un second groupe d'antigènes sanguins est le groupe Rh, dont le plus important est le Rh D. Les personnes ayant un sang Rh⁻ n'ont pas cet antigène sur leurs érythrocytes, tandis que celles qui sont Rh⁺ en ont. Environ 85 pour cent des Américains sont Rh⁺. Lorsqu'une personne Rh⁻ tombe enceinte d'un fœtus Rh⁺, son corps peut commencer à produire des anticorps anti-Rh. Si la personne tombe ensuite enceinte d'un second fœtus Rh⁺ et n'est pas traitée préventivement avec RhoGAM, le fœtus sera à risque de réaction antigène-anticorps, y compris l'agglutination et l'hémolyse. Ceci est connu sous le nom de maladie hémolytique du nouveau-né.

La compatibilité croisée pour déterminer le groupe sanguin est nécessaire avant de transfuser du sang, à moins que le patient ne subisse une hémorragie qui constitue une menace immédiate pour la vie, auquel cas du sang de type O⁻ peut être transfusé.