呼吸作用是生物燃料在無機電子受體（如氧氣）存在下被氧化以產生大量能量的過程，從而驅動 ATP 的大量生產。 呼吸作用可以描述為在生物體細胞中發生的一組代謝反應和過程，將化學能從營養物質轉化為三磷酸腺苷 (ATP)，然后釋放廢物。

呼吸所涉及的反應是分解代謝反應，將大分子分解成較小的分子，釋放能量。 呼吸是細胞釋放化學能為細胞活動提供燃料的關鍵方式之一。 整個反應發生在一系列生化步驟中，其中一些是氧化還原反應。 雖然細胞呼吸在技術上是一種燃燒反應，但由于一系列反應緩慢、受控地釋放能量，所以它是一種不尋常的反應。

動植物細胞在呼吸作用中常用的營養物質包括糖類、氨基酸和脂肪酸，最常見的氧化劑是分子氧（O2）。 儲存在 ATP 中的化學能（其第三個磷酸基團與分子其余部分的鍵可以被破壞，從而形成更穩定的產物，從而釋放能量供細胞使用）然后可用于驅動需要能量的過程，包括 分子跨細胞膜的生物合成、運動或運輸。

有氧呼吸需要氧氣 (O2) 才能產生 ATP。 盡管碳水化合物、脂肪和蛋白質作為反應物被消耗，但有氧呼吸是糖酵解中丙酮酸分解的首選方法，并且需要丙酮酸進入線粒體才能被檸檬酸循環完全氧化。 該過程的產物是二氧化碳和水，傳遞的能量用于破壞ADP中的鍵以添加第三個磷酸基團以形成ATP（三磷酸腺苷），通過底物水平磷酸化，NADH和FADH2

負的 ΔG 表明反應可以自發發生。

NADH 和 FADH2 的電位通過以氧和質子（氫）為末端電子受體的電子傳輸鏈轉化為更多的 ATP。 有氧細胞呼吸產生的大部分 ATP 是由氧化磷酸化產生的。 釋放的能量用于通過將質子泵過膜來產生化學滲透勢。 然后，這種潛力被用來驅動 ATP 合酶并從 ADP 和磷酸基團中產生 ATP。 生物學教科書經常指出，在細胞呼吸過程中，每個氧化葡萄糖分子可以產生 38 個 ATP 分子（2 個來自糖酵解，2 個來自克雷布斯循環，大約 34 個來自電子傳輸系統）。 然而，由于膜滲漏造成的損失以及將丙酮酸和 ADP 轉移到線粒體基質中的成本，這一xxx產量從未完全達到，目前的估計范圍為每葡萄糖 29 至 30 ATP。

有氧代謝比無氧代謝（每 1 分子葡萄糖產生 2 分子 ATP）效率高 15 倍。 然而，一些厭氧生物，如產甲烷菌，能夠繼續進行厭氧呼吸，通過使用除氧以外的無機分子作為電子傳遞鏈中的最終電子受體，產生更多的 ATP。 它們共享糖酵解的初始途徑，但有氧代謝繼續進行克雷布斯循環和氧化磷酸化。 糖酵解后反應發生在真核細胞的線粒體和原核細胞的細胞質中。

盡管植物是二氧化碳的凈消費者和通過光合作用產生氧氣，但植物呼吸作用約占陸地生態系統每年產生的二氧化碳的一半。

糖酵解是一種代謝途徑，發生在所有活生物體細胞的胞質溶膠中。 糖酵解可以按字面意思翻譯為糖分解，并且在有氧或無氧存在的情況下發生。 在有氧條件下，該過程將一個葡萄糖分子轉化為兩個丙酮酸分子（丙酮酸），以兩個 ATP 凈分子的形式產生能量。 每個葡萄糖實際上產生了四個 ATP 分子，但在準備階段消耗了兩個分子。

葡萄糖的初始磷酸化需要增加反應性（降低其穩定性），以便分子被醛縮酶切割成兩個丙酮酸分子。 在糖酵解的回報階段，四個磷酸基團通過底物水平磷酸化轉移到 ADP 上，生成四個 ATP，丙酮酸被氧化時產生兩個 NADH。 整體反應可以這樣表達：

葡萄糖 + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 丙酮酸 + 2 H+ + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O + 能量

從葡萄糖開始，1 個 ATP 用于向葡萄糖提供磷酸鹽以產生葡萄糖 6-磷酸鹽。