Under cellulær respirasjon brukes oksygen som den endelige elektronakseptoren i elektrontransportkjeden, som er en serie proteinkomplekser lokalisert i den indre mitokondriemembranen. Når elektroner passerer gjennom disse kompleksene, brukes energien deres til å pumpe protoner over membranen, og skaper en protongradient. Denne gradienten driver syntesen av ATP gjennom en prosess som kalles oksidativ fosforylering.
Den generelle kjemiske ligningen for cellulær respirasjon er:
C6H12O6 (glukose) + 6O2 (oksygen) → 6CO2 (karbondioksid) + 6H2O (vann) + energi (som ATP)
I tillegg, under cellulær respirasjon, kan andre næringsstoffer som karbohydrater, fett og proteiner også brytes ned og brukes som energikilder. Imidlertid forblir den grunnleggende prosessen med å bruke oksygen for å generere ATP den samme.