Почти вся энергия, используемая клетками, происходит за счет связей, образующих сложные органические соединения. Эти органические соединения распадаются на более простые молекулы, такие как глюкоза. Впоследствии клетки извлекают энергию из глюкозы в ходе многих химических реакций - процесса, называемого клеточным дыханием.

Клеточное дыхание может происходить в присутствии или в отсутствие кислорода, что называется аэробным и анаэробным дыханием соответственно. В присутствии кислорода клеточное дыхание начинается с гликолиза и продолжается окислением пирувата, циклом лимонной кислоты и окислительным фосфорилированием.

И аэробное, и анаэробное клеточное дыхание начинается с гликолиза. Гликолиз дает чистый прирост в две молекулы пирувата, две молекулы НАДН и две молекулы АТФ (четыре образуются минус две, используемые во время энергоемкого гликолиза). Помимо этих основных продуктов, при гликолизе образуются две молекулы воды и два иона водорода.

В клетках, которые осуществляют анаэробное дыхание, гликолиз является основным источником АТФ. Эти клетки используют ферментацию для преобразования NADH из гликолиза обратно в NAD ⁺ , который необходим для продолжения гликолиза. Гликолиз также является основным источником АТФ для зрелых эритроцитов млекопитающих, в которых отсутствуют митохондрии. Раковые клетки и стволовые клетки зависят от аэробного гликолиза для получения АТФ.

Клетки, использующие аэробное дыхание, продолжают расщеплять пируват после гликолиза путем окисления пирувата, цикла лимонной кислоты и окислительного фосфорилирования. Окисление пирувата превращает пируват из гликолиза в ацетил-КоА - первичный вход для цикла лимонной кислоты. НАД ⁺ для продолжения гликолиза пополняется во время окислительного фосфорилирования, когда НАДН перемещается и отдает электроны в цепь переноса электронов, становясь НАД +.

Энергоноситель АТФ - основной продукт клеточного дыхания. Хотя окислительное фосфорилирование производит большую часть АТФ, вырабатываемого аэробным дыханием, АТФ также производится во время гликолиза и цикла лимонной кислоты.