Na fosforilação oxidativa, realiza-se a maior parte da síntese de ATP gerada na respiração celular. Essa produção ocorre por causa da reoxidação das moléculas de NADH e FADH2, em que são liberados elétrons de alto nível energético que, após perderem seu excesso de energia, reduzem o gás oxigênio a moléculas de água, de acordo com as seguintes equações gerais: 2 NADH + 2 H+ + 2 O2 → 2 NAD+ + H2O e 2 FADH2 + 2 O2 → 2 FAD + H2O.