Gli organismi raccolgono energia dal cibo, ma questa energia non può essere utilizzata direttamente dalle cellule. Le cellule convertono l'energia immagazzinata nei nutrienti in una forma più utilizzabile: l'adenosina trifosfato (ATP).

ATP immagazzina energia in legami chimici che possono essere rapidamente rilasciati quando necessario. Le cellule producono energia sotto forma di ATP attraverso il processo di respirazione cellulare. Anche se gran parte dell'energia dalla respirazione cellulare viene rilasciata come calore, alcuni di esso viene utilizzato per fare ATP.

Durante la respirazione cellulare, diverse reazioni di riduzione dell'ossidazione (redox) trasferiscono gli elettroni da molecole organiche ad altre molecole. Qui, l'ossidazione si riferisce alla perdita di elettroni e alla riduzione al guadagno di elettroni. I vettori elettronici^NAD e FAD - e le loro forme ridotte, NADH e FADH₂, rispettivamente, sono essenziali per diversi passaggi della respirazione cellulare.

Alcuni procarioti usano la respirazione anaerobica, che non richiede ossigeno. La maggior parte degli organismi utilizza la respirazione aerobica (richiesta di ossigeno), che produce molto più ATP. La respirazione aerobica genera ATP scomponendo il glucosio e l'ossigeno in anidride carbonica e acqua.

La respirazione sia aerobica che anaerobica inizia con la glicolisi, che non richiede ossigeno. La glicolisi scompone il glucosio in purivato, producendo ATP. In assenza di ossigeno, il piruvato fermenta, producendo NAD^per la glicolisi continua. È importante sottolineare che diversi tipi di lievito utilizzano la fermentazione alcolica. Le cellule muscolari umane possono utilizzare la fermentazione dell'acido lattico quando l'ossigeno è esaurito. La respirazione anaerobica termina con la fermentazione.

La respirazione aerobica, tuttavia, continua con l'ossidazione del piruvato. L'ossidazione di Piruvato genera acetil-CoA, che entra nel ciclo dell'acido citrico. Il ciclo dell'acido citrico è costituito da diverse reazioni redox che rilasciano l'energia di legame di acetil-CoA, producendo ATP e i vettori elettronici ridotti NADH e FADH₂.

Lo stadio finale della respirazione cellulare, il fosfororilazione ossidativa, genera la maggior parte dell'ATP. NADH e FADH₂ passano i loro elettroni attraverso la catena di trasporto degli elettroni. La catena di trasporto degli elettroni rilascia energia utilizzata per espellere i protoni, creando un gradiente di protoni che consente la sintesi ATP.