Quasi tutta l'energia utilizzata dalle cellule proviene dai legami che costituiscono composti organici complessi. Questi composti organici sono suddivisi in molecole più semplici, come il glucosio. Successivamente, le cellule estraggono energia dal glucosio per molte reazioni chimiche, un processo chiamato respirazione cellulare.

La respirazione cellulare può avvenire in presenza o assenza di ossigeno, indicato rispettivamente come respirazione aerobica e anaerobica. In presenza di ossigeno, la respirazione cellulare inizia con la glicolisi e continua con l'ossidazione del piruvato, il ciclo dell'acido citrico e la fosforilazione ossidativa.

Sia la respirazione cellulare aerobica che quella anaerobica iniziano con la glicolisi. La glicolisi produce un guadagno netto di due molecole di piruvato, due molecole NADH e due molecole ATP (quattro prodotte meno due utilizzate durante la glicolisi che richiedono energia). Oltre a questi prodotti principali, la glicolisi genera due molecole d'acqua e due ioni di idrogeno.

Nelle cellule che svolgono la respirazione anaerobica, la glicolisi è la fonte primaria di ATP. Queste cellule utilizzano la fermentazione per convertire NADH da glicolisi di nuovo in NAD^,che è necessario per continuare la glicolisi. La glicolisi è anche la fonte primaria di ATP per i globuli rossi dei mammiferi maturi, che mancano di mitocondri. Le cellule tumorali e le cellule staminali si basano sulla glicolisi aerobica per l'ATP.

Le cellule che utilizzano la respirazione aerobica continuano ad abbattere il piruvato dopo la glicolisi tramite ossidazione del piruvato, il ciclo dell'acido citrico e la fosforilazione ossidativa. L'ossidazione del piruvato converte il pirovato dalla glicolisi in acetil-CoA, l'input primario per il ciclo dell'acido citrico. NAD^- per la glicolisi continua viene rifornita durante il fosforo ossidativo, quando nADH trasporta e dona elettroni alla catena di trasporto degli elettroni, diventando NAD.

L'ATP porta energia ed è il prodotto principale della respirazione cellulare. Anche se la fosfororilazione ossidativa produce la maggior parte dell'ATP generato dalla respirazione aerobica, ATP è anche prodotto durante la glicolisi e il ciclo dell'acido citrico.