Żelazo wchłania się w dwunastnicy i jelicie cienkim w postaci dwuwartościowej. Śluzówka żołądka też ma zdolność wchłaniania żelaza dwuwartościowego. Sok trzustkowy hamuje procesy wchłaniania żelaza, dlatego w przypadkach uszkodzenia trzustki można zaobserwować wzmożone jego wchłanianie. Po wchłonięciu żelazo wiązane jest przez apoferrytynę w błonie śluzowej przewodu pokarmowego. Powstaje ferrytyna, a żelazo znajduje się wtedy w postaci trójwartościowej. We krwi transportowane jest przez transferynę. Magazynowane jest w wątrobie również w postaci ferrytyny oraz w śledzionie w postaci hemosyderyny.
Stopień wchłaniania żelaza z pożywienia jest zróżnicowany. Oprócz stopnia wysycenia organizmu ważną rolę odgrywają tu czynniki dotyczące rodzaju produktu, postaci chemicznej żelaza czy też interakcje między składnikami diety. W pożywieniu występują dwa rodzaje żelaza: hemowe, znajdujące się w produktach zwierzęcych oraz niehemowe, zawierające się głównie w produktach roślinnych (uwaga: około 1/3 żelaza w tkankach zwierzęcych stanowi żelazo hemowe, pozostałe 2/3 to żelazo niehemowe). Biodostępność żelaza hemowego może dochodzić nawet do 30% u osób z niedoborem tego składnika, natomiast przyswajanie żelaza niehemowego jest rzędu kilku procent (od 2%). Wahania w poziomie przyswajania żelaza hemowego są małe, natomiast przyswajalność żelaza niehemowego uzależniona jest od szeregu czynników. Czynnikami podwyższającymi wchłanianie żelaza są: niska zawartość żelaza w organizmie, obecność w posiłku mięsa oraz produktów z wysoką zawartością witaminy C, kwas foliowy, aminokwasy (histydyna, L-cysteina), miedź. Do czynników obniżających wchłanianie żelaza należą: wysoki poziom tłuszczów i białka w diecie, niektóre produkty spożywcze (żółtko jaja), fityniany, szczawiany, taniny, fosforany, zasadowe pH, niektóre składniki mineralne, jak wapń, cynk, mangan.