Hücresel solunum sırasında, iç mitokondriyal membranda yer alan bir dizi protein kompleksi olan elektron taşıma zincirinde son elektron alıcısı olarak oksijen kullanılır. Elektronlar bu komplekslerden geçerken, enerjileri protonları zar boyunca pompalamak için kullanılır ve bir proton gradyanı oluşturulur. Bu gradyan, oksidatif fosforilasyon adı verilen bir süreç aracılığıyla ATP sentezini yönlendirir.
Hücresel solunumun genel kimyasal denklemi şöyledir:
C6H12O6 (glikoz) + 6O2 (oksijen) → 6CO2 (karbon dioksit) + 6H2O (su) + enerji (ATP olarak)
Ayrıca hücresel solunum sırasında karbonhidratlar, yağlar ve proteinler gibi diğer besinler de parçalanarak enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Ancak ATP üretmek için oksijeni kullanmanın temel süreci aynı kalır.