정맥혈(靜脈血, venous blood)은 말초혈관을 통해 정맥계를 거쳐 심장의 우심방으로 이동하는 혈액이다. 이 혈액은 조직에서 산소를 소비하고 남은 상태로, 동맥혈에 비해 산소 함량이 낮고 이산화탄소 농도가 높은 것이 특징이다.
산소가 제거된 정맥혈은 우심실에서 허파동맥을 통해 허파로 펌프질되며, 허파에서 산소화된 후 폐정맥을 통해 좌심방으로 돌아온다.
정맥혈은 일반적으로 동맥혈보다 온도가 낮고, 산소 함량과 pH(수소 이온 농도 지수)가 낮다. 또한 포도당 및 기타 영양소의 농도가 낮고, 요소 및 기타 노폐물의 농도는 높다. 동맥혈과 정맥혈의 산소 함량 차이를 동정맥 산소차라고 한다.
색깔 측면에서, 인간의 정맥혈은 산소가 헤모글로빈에 결합하지 않아 동맥혈보다 더 어두운 적색을 띤다. 대중적으로 정맥이 푸르게 보이는 것은 혈액 자체가 파란색이기 때문이 아니라, 피부 아래 0.5mm 이상 깊이에 위치한 정맥 조직에서 푸른 빛이 선택적으로 산란되기 때문이다. 피부를 제거하면 정맥과 동맥은 유사한 색으로 보인다.
대부분의 의료 실험실 검사는 정맥혈을 사용하여 수행되며, 동맥혈 가스 검사는 예외적으로 동맥혈을 사용한다. 정맥혈은 정맥천자(사혈)를 통해 채취하거나, 소량의 경우 손가락 채혈을 통해 채취한다.
