Kohlendioxid (CO2) wird in den Geweben als Nebenprodukt des normalen Stoffwechsels produziert. Es löst sich in der Lösung des Blutplasmas und in den roten Blutkörperchen (RBC), wo die Kohlensäureanhydrase seine Hydratation zu Kohlensäure (H2CO3) katalysiert. Die Kohlensäure dissoziiert dann spontan unter Bildung von Bicarbonat-Ionen (HCO3-) und einem Wasserstoff-Ion (H+). Als Reaktion auf die Abnahme des intrazellulären pCO2 diffundiert mehr CO2 passiv in die Zelle.
Zellmembranen sind im Allgemeinen undurchlässig für geladene Ionen (d.h. H+, HCO3- ), aber die Erythrozyten sind in der Lage, mit Hilfe des Anionenaustauscherproteins Band 3 Bikarbonat gegen Chlorid auszutauschen. Somit führt der Anstieg des intrazellulären Bikarbonats zu einem Bikarbonatexport und einer Chloridaufnahme. Der Begriff „Chlorid-Shift“ bezieht sich auf diesen Austausch. Folglich ist die Chloridkonzentration im systemischen venösen Blut niedriger als im systemischen arteriellen Blut: Ein hoher venöser pCO2 führt zu einer Bikarbonatproduktion in den Erythrozyten, die dann die Erythrozyten im Austausch gegen eintretendes Chlorid verlassen.
Der umgekehrte Prozess findet in den Lungenkapillaren der Lunge statt, wenn der PO2 steigt und der PCO2 fällt und der Haldane-Effekt auftritt (Freisetzung von CO2 aus Hämoglobin während der Sauerstoffzufuhr). Dadurch werden Wasserstoffionen aus dem Hämoglobin freigesetzt, die freie H+-Konzentration in den Erythrozyten steigt und das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung CO2 und Wasserbildung aus Bikarbonat. Der anschließende Rückgang der intrazellulären Bicarbonatkonzentration kehrt den Chlorid-Bicarbonat-Austausch um: Bicarbonat bewegt sich in die Zelle im Austausch für Chlorid, das aus der Zelle austritt. Die Einwärtsbewegung von Bikarbonat über den Band-3-Austauscher ermöglicht es der Karbonatanhydrase, es zur Ausatmung in CO2 umzuwandeln.
Die Chloridverschiebung kann auch die Affinität von Hämoglobin für Sauerstoff regulieren, indem das Chloridion als allosterischer Effektor wirkt.