呼吸作用

呼吸作用，又称为细胞呼吸（Cellular respiration），是生物体细胞把有机物氧化分解并转化能量的化学过程，也称为释放作用。无论是否自养，细胞内完成生命活动所需的能量，都是来自呼吸作用。真核细胞中，线粒体是与呼吸作用最有关联的细胞器，呼吸作用的几个关键性步骤都在其中进行。
呼吸作用是一种酶促氧化反应。虽名为氧化反应，不论有否氧气参与，都可称作呼吸作用（这是因为在化学上，有电子转移的反应过程，皆可称为氧化）。有氧气参与时的呼吸作用，称之为有氧呼吸；没氧气参与的反应，则称为无氧呼吸。
呼吸作用的目的，是透过释放食物里之能量，以制造三磷酸腺苷，即细胞最主要的直接能量供应者。呼吸作用的氢与氧的燃烧，但两者间最大分别是：呼吸作用透过一连串的反应步骤产生能量（ATP），而燃烧则是将能量一次性的释放。在呼吸作用中，三大营养物质：碳水化合物、蛋白质和脂质的基本组成单位──葡萄糖、氨基酸和脂肪酸，被分解成更小的分子，透过数个步骤，将能量转移到还原性氢（化合价为0的氢）中。最后经过一连串的电子传递链，氢被氧化生成水；原本贮存在其中的能量，则转移到ATP分子上，供生命活动使用。

有氧途径的电子传递链

经过上述的分解过程，产生的能量只是很少的一部分，还有大量能量随着分解过程被转移到几种辅酶所携带的质子也就是还原性氢上。这些携带还原性氢的辅酶在细胞线粒体内膜上经过一系列被称做电子传递链的酶，将氢经过不同的细胞色素最终传递给氧原子生成水分子。
线粒体穿梭

无氧途径

某些细菌（例如：放线菌）电子传递链最终的电子接受者并非氧气，而是硝酸根或硫酸根之类的氧化态物质，以氧化磷酸化合成ATP。发酵作用没有氧气参与，许多版本的高中以下教科书，将无氧呼吸与发酵作用混为一谈。但是某些领域中，发酵作用与无氧呼吸仍作为同义词。
发酵作用

脂类的氧化

脂类物质水解生成脂肪酸和甘油。其中，甘油经磷酸基的激活和酶促反应转化为磷酸二羟丙酮，后脱水变为丙酮酸，丙酮酸参加上述的呼吸过程。脂肪酸长链分子则是反复被脱去一端的两个碳原子生成乙醘辅酶A，参加克氏循环。

氨基酸的氧化

各种氨基酸可以分别经过脱氨基或脱羧基作用被氧化，脱氨基生成的氨对细胞有毒害作用，必须被排出体外或转化为其他无害物质。含碳部分的转化根据氨基酸的不同而各异，但最终都是通过某些途径成为柠檬酸循环中的物质参与循环。
可见，各种营养物质的氧化路线到最后都是相同的。生物体内的诸多能量代谢具有相当高的一致性。