La bilirubine est le produit de dégradation des hémoprotéines, dont la principale est l'hémoglobine. La bilirubine non conjuguée est hydrophobe et potentiellement neurotoxique à fortes concentrations plasmatiques. Elle circule dans le sang liée à l'albumine. C'est la fraction non conjuguée non liée à l'albumine de la bilirubine qui peut passer la barrière hématoencéphalique et entraîner des lésions cérébrales à l'origine d'un ictère nucléaire. Dans l'hépatocyte, la bilirubine est conjuguée à l'acide glucuronique par la bilirubine uridine diphosphate glucuronosyltransférase. La bilirubine conjuguée peut être éliminée dans la bile. Elle n'est plus toxique. À l'opposé, de petites concentrations plasmatiques de bilirubine ont un effet protecteur vis-à-vis de l'athérome au niveau de l'endothélium vasculaire, la bilirubine étant un antioxydant. Enfin, les différentes techniques de dosage de la bilirubine dans le sang (essentiellement diazoréaction et chimie sèche) peuvent être à l'origine de difficultés d'interprétation, certaines fractions de la bilirubine apparaissant comme conjuguées dans une technique, non conjuguées dans l'autre. Il est ainsi important de connaître la technique utilisée par le laboratoire, et, surtout, de ne comparer des résultats de bilirubinémie qu'issus d'une même technique.