Alle bekannten Lebensformen benötigen Eisen. Viele Proteine in Lebewesen enthalten gebundene Eisenionen; diese sind eine wichtige Unterklasse der Metalloproteine. Beispiele hierfür sind Hämoglobin, Ferredoxin und die Zytochrome.
Diese Proteine erfüllen ihre Vitalfunktionen dank des relativ einfachen Umschaltens des Eisenatoms zwischen den Zuständen +2 und +3. Hämoglobin trägt beispielsweise Sauerstoff im Blut, indem es ein Molekül O
2 an das Eisenatom bindet und Oxyhämoglobin bildet., Dabei verliert der Eisen(II)−Kern des Hämoglobins ein Elektron, um Eisen(III) zu werden, während das Sauerstoffmolekül in das Superoxidanion O –
umgewandelt wird Unzureichendes Eisen in der menschlichen Ernährung verursacht Anämie. Tiere und Menschen können das notwendige Eisen aus Lebensmitteln, die es in assimilierbarer Form enthalten, wie Fleisch, erhalten. Andere Organismen müssen ihr Eisen aus der Umwelt beziehen. Eisen neigt jedoch dazu, in aerober(sauerstoffhaltiger) Umgebung, insbesondere in kalkhaltigen Böden, hochunlösliche Eisen (III) – oxide/ – hydroxide zu bilden., Pflanzen(außer Gräsern) lösen dieses Problem, indem sie das Wachstum bestimmter Bakterien um ihre Wurzeln herum fördern, die Eisen(III) zu löslichem Eisen (II) reduzieren. (Bakterien und Gräser scheiden stattdessen Verbindungen aus, die als Siderophore bezeichnet werden und lösliche Komplexe mit Eisen bilden(III).)
Aus dem gleichen Grund ist Eisen im Meerwasser sehr knapp und oft der limitierende Faktor für das Wachstum der mikroskopisch kleinen Pflanzen (Phytoplankton), die die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes bilden., Diese Tatsache wurde dramatisch durch ein Experiment demonstriert, bei dem ein großer Bereich der Meeresoberfläche mit löslichen Eisen(II) – Salzen, insbesondere Eisen(II) – Sulfat, besprüht wurde. Nach einigen Tagen blühte das Phytoplankton im behandelten Bereich so stark, dass der Effekt vom Weltraum aus sichtbar war. Dieser Düngeprozess wurde als Mittel zur Minderung des Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre vorgeschlagen.
Pourbaix-Diagramm von wässrigen Eisen