Najważniejszym źródłem energii dla naszego organizmu a przez co podstawowym substratem biorącym w udział procesie oddychania komórkowego jest cukier o nazwie glukoza. Poprzez przemiany w szlaku glikolitycznym jest ona przemieniana do pirogronianu, który może włączyć się w dalsze szlaki przemian biochemicznych.
Pirogronian powstały na terenie cytoplazmy jest następnie transportowany do wnętrza mitochondrium, do jego macierzy, gdzie zostaje on włączony po połączeniu się z acetylo-CoA do cyklu Krebsa. Jest to cykl przemian oksydacyjno dekarboksylacyjnych na drodze których zostaje uwolniony dwutlenek węgla oraz wolny koenzym A.
Związkami wykorzystywanymi do uzyskania energii dla organizmu mogą być także tłuszcze. W ich wypadku szlak metaboliczny wygląda nieco inaczej, gdyż związki te muszą wpierw ulec rozbiciu do glicerolu oraz kwasów tłuszczowych. Przemiany tych związków chemicznych dostarczają naszemu organizmowi mniej więcej 2,5 razu więcej energii niż przemiany glukozy.
W okresach dużego zapotrzebowania na energię organizm wykorzystuje jako substraty do oddychania również aminokwasy pochodzące z rozpadu białek. Kiedy cukrów jest nadmiar magazynowane są one w postaci tłuszczą w specjalnie do tego przeznaczonej tkance tłuszczowej.
Głównym miejscem powstawania energii dla procesów zachodzących w komórce jest łańcuch oddechowy zlokalizowany na grzebieniach mitochondrialnych. Znajdują się tam 4 kompleksy białkowe, poprzez które transportowane są elektrony. Na końcu łańcucha występuję enzym o nazwie oksydaza cytochromowa, która to jest odpowiedzialna za przenoszenie wędrujących elektronów na cząsteczkę tlenu - tak powstaje woda metaboliczna. Dzięki wytworzonemu gradientowi protonowemu syntetyzowane jest ATP, które to transportowane jest po przez przenośniki do przestrzeni między błonowej a stamtąd dalej rozpowszechniane w komórce. Zmagazynowana w nim energia wykorzystywana jest m.in. do wykonywania ruchów, wzrostu, procesów regeneracyjnych, podziałów itd.
