El hierro es esencial para muchos procesos metabólicos y bioquímicos. Al igual que otros micronutrientes del cuerpo humano, el hierro se suministra con los alimentos. El hierro ingerido es absorbido principalmente como Fe2+ en el duodeno y el yeyuno proximal. El citocromo B duodenal reduce la forma trivalente y el componente Fe3+ unido al grupo hemo del hierro de los alimentos. Aproximadamente 1‑2 mg de hierro se absorben y se pierden cada día. Los iones de Fe2+ que penetran en las células de la mucosa se unen a proteínas de transporte. En la fase celular, el hierro se almacena en la ferritina celular o se transporta a la circulación. La exportación de hierro a la circulación requiere la oxidación de Fe2+ a Fe3+ por hefestina (en la membrana celular) o ceruloplasmina (en la circulación), para cargarse en la transferrina. Los iones de Fe circulantes son transportados por complejos de transferrina-hierro. La capacidad máxima de transporte de cada molécula de proteína es de 2 iones de Fe3.

El hierro sérico fluctúa con la ingesta dietética y la variación diurna normal. Clínicamente, la desregulación de los niveles de hierro en suero/plasma puede dividirse en deficiencia de hierro y sobrecarga de hierro. Los trastornos por deficiencia de hierro pueden deberse a un aumento de la demanda (p. ej., crecimiento, embarazo), suministro externo limitado (p. ej., desnutrición, dieta inadecuada, malabsorción), aumento de la pérdida (p. ej., hemorragia, hemodiálisis, donación de sangre) u otras condiciones, como la enfermedad renal crónica dando lugar a anemia renal, enfermedad inflamatoria intestinal, insuficiencia cardíaca, obesidad, enfermedad de la médula ósea. La deficiencia de hierro se produce en varias etapas, definidas por el grado de depleción, primero de las reservas de hierro y luego del hierro disponible para la síntesis de hemoglobina. En la primera etapa, las reservas de hierro pueden agotarse por completo sin causar anemia. La pérdida adicional de hierro causa anemia (anemia ferropénica, IDA), que inicialmente es normocítica, con un recuento absoluto de reticulocitos normal. Una deficiencia más profunda da lugar a la anemia clásica, con glóbulos rojos hipocrómicos (hemoglobina corpuscular media baja) y microcíticos (volumen corpuscular medio bajo). Otro tipo de anemia es la anemia macrocítica (volumen corpuscular medio elevado), que no se debe directamente a la deficiencia de hierro sino que está relacionada con otras causas, como la deficiencia de vitamina B12 y folato, trastornos de la médula ósea (mielodisplasia), el uso de ciertos medicamentos, abuso de alcohol, enfermedad hepática, reticulocitosis marcada e hipotiroidismo. Las mediciones de hierro pueden ayudar a definir las diferentes causas de la anemia.

Los trastornos por sobrecarga de hierro normalmente provocan un aumento de la concentración de hierro en suero/plasma y pueden deberse a una serie de enfermedades subyacentes, principalmente hemocromatosis hereditaria (exceso de hierro derivado de una mayor absorción gastrointestinal debido a mutaciones inactivadoras en componentes de la vía de la hepcidina) y talasemia (concentraciones elevadas de hierro causadas principalmente por transfusiones periódicas de glóbulos rojos y, en menor medida, por una mayor absorción de hierro).