在脊椎动物中红细胞普遍存在于血液中，承担气体运输的功能，[5] 而在不同物种间也存在一定差异，例如鱼类以下进化程度较低的物种红细胞既具有游走细胞的变形活动、吞噬功能，又具有代谢功能（贮存养料）、排泄（单细胞肾）功能等。与此同时，作为呼吸细胞含有少量的贮氧型血红蛋白颗粒，而两栖类、爬行类、鸟类、哺乳动物等物种红细胞已具有专一呼吸细胞的功能。此外，红细胞的功能和成分也存在差异，例如红细胞形态的变异较为明显，鱼类红细胞是有细胞核、微器官的呼吸细胞。两栖类、爬行类、鸟类红细胞也是如此。而且这些物种的红细胞全都是椭球形，而在人及其他大部分哺乳动物中（骆驼和鹿为椭圆形），红细胞均为无核，呈圆形双凹碟形。[6] [12] 共5张 红细胞
大部分无脊椎动物不含有红细胞，其血红蛋白大多溶解在血浆中，其进行气体交换的效率较低，[13] 其中也有少部分物种含有红细胞，例如有研究指出蠕形动物门纽虫体腔液中有含血红蛋白的红细胞。此外软体动物门中的平卷贝（Placuna placenta）、赤贝（蚶）体腔液里的伪足运动游走细胞也含有血红蛋白的红细胞。[12]
在形态上无脊椎动物的红细胞相较于脊椎动物更为简单，但是也存在部分例外，例如一种叫做Cucumaria的海参红细胞中有细胞核、内质网、高尔基体，另外胞质内有数量不多的血红蛋白颗粒。这种细胞还能以有丝分裂繁殖增生。细胞形态不定型，可有粗大的伪足。[12] 电子显微镜下的红细胞
所有低等脊椎动物的红细胞都比哺乳动物和鸟类都大，例如蝾螈的红细胞体积是哺乳动物的100~200倍，一般而言，进化越高等的动物，红细胞越小，数量越多，而且血细胞越高度分化，这是因为红细胞体积的缩小会带来表面积的增加，起到提高呼吸机能的作用。[7]