產生波爾效應的原因是H+和CO2能夠與Hb特定位點結合而促進Hb從R態轉變為T態。與波爾效應相關的基團有α亞基的N-端氨基、α亞基的His122的咪唑基以及β亞基的His146咪唑基。這三個基團在Hb處于T態的時候都是高度質子化的。當氧氣與Hb結合以后，質子發生解離。如果溶液中的pH降低，將有利于這三個基團處于質子化狀態，從而穩定T態，抑制氧氣的結合。
CO2能夠與珠蛋白的N-端去質子化的氨基可逆地反應形成氨基甲酸血紅蛋白也釋放出質子，從而產生波爾效應。
氨基甲酸的形成導致α鏈與β鏈之間形成鹽橋，有利于穩定Hb處于T態，從而降低O2的親和力。