O ciclo do ácido cítrico, também conhecido como ciclo de Krebs ou ciclo TCA, consiste em várias reações produtoras de energia que originam uma molécula de ATP, três moléculas NADH, uma molécula FADH₂ e duas moléculas de CO₂.

Acetil-CoA é o ponto de entrada no ciclo do ácido cítrico, que ocorre na membrana interna (ou seja, matriz) das mitocôndrias em células eucarióticas ou no citoplasma em células procarióticas. Antes do ciclo do ácido cítrico, a oxidação do piruvato produz duas moléculas de acetil-CoA por cada molécula de glicose. Assim, o ciclo do ácido cítrico funciona duas vezes por cada molécula de glicose.

O ciclo do ácido cítrico pode ser dividido em oito passos, cada um produzindo moléculas diferentes (em itálico abaixo).

Com a ajuda de enzimas catalisadoras, uma acetil-CoA (2 carbonos) reage com ácido oxaloacético (4 carbonos), formando a molécula de 6 carbonos citrato.

Em seguida, o citrato é convertido em um de seus isómeros, isocitrato, através de um processo de duas partes em que a água é removida e adicionada.

O terceiro passo produz α-cetoglutarato (5 carbonos) a partir de isocitrato oxidado. Este processo liberta CO₂ e reduz NAD⁺ para NADH.

O quarto passo forma o composto instável succinil-CoA a partir de α-cetoglutarato, um processo que também liberta CO₂ e reduz NAD⁺ para NADH.

O quinto passo produz succinato (4 carbonos) após um grupo fosfato substituir o grupo CoA de succinil-CoA. Este grupo fosfato é repassado para ADP (ou GDP) para formar ATP (ou GTP).

O sexto passo forma fumarato (4 carbonos) a partir da oxidação do succinato. Esta reação reduz FAD para FADH₂.

O sétimo passo, no qual a água é adicionada ao fumarato, produz malato (4 carbonos).

O passo final produz oxaloacetato, o composto que reage com acetil-CoA na primeira etapa, a partir da oxidação do malato. No processo, NAD⁺ é reduzido a NADH.

NADH e FADH₂ produzidos no ciclo do ácido cítrico fornecem eletrões para a cadeia de transporte de eletrões e, portanto, auxiliam na produção de ATP adicional.