A fosforilação oxidativa é um processo que ocorre nas mitocôndrias e apenas em condições de aerobiose. Sendo assim, é responsável pela esmagadora maior parte da energia nos seres que a realizam e seu surgimento foi um grande passo na história evolutiva, possibilitando, talvez, o desenvolvimento de formas de vida mais complexas.

A fonte imediata de energia que permite a síntese do ATP na fosforilação oxidativa é:

 

• A passagem de elétrons pela cadeia respiratória.

• A diferença de concentração de íons H⁺ entre os ambientes separados pela membrana mitocondrial interna.

• A distribuição de fosfatos de baixa energia do ciclo de Krebs para o ATP.

• A oxidação da glicose e de outras substâncias orgânicas.

• A transferência de fosfatos de alta energia do ciclo de Krebs para o ADP.