ATP sentezinde yakıt olarak başta glukoz ve trigliseritler kullanılır. Trigliseritlerin bozunumunda gliserol ve yağ asitleri oluşur. Hücre sitozolunda glukoz ve gliserol, glikoliz yoluyla pirüvata dönüştürülürler. Sübstrat fosforilasyonu yoluyla bu aşamada bir miktar ATP pirüvat kinaz ve fosfogliserat kinaz enzimleri tarafından sentezlenir. Pirüvat sonra mitokondride oksitlenmeye devam eder.
Mitokondride pirüvat dehidrojenaz aracılığıyla asetil KoA'ya dönüşür, o da Krebs döngüsü ile karbon dioksite kadar oksitlenir. Yağ asitleri de beta oksidasyonu ile asetil-KoA'ya dönüşürler ve Krebs döngüsü'yle metabolize olurlar. Krebs döngüsü'nün her bir deviniminde süksinil KoA sentetaz tarafından bir ATP dengi GTP, bir de indirgeme gücüne sahip olan NADH sentezlenir. NADH'deki elektronlar elektron taşıma zinciri ile taşınırken ATP sentaz tarafından oksidatif fosforilasyon yoluyla çok miktarda ATP sentezlenir.
Glukozun karbon dioksite oksidasyonuna hücre solunumu denir. Glukozdaki kimyasal enerjinin %40'ı, hücre için daha kullanışlı olan ATP'ye dönüşür.