Oksijenli solunumun enerji verimi, mitokondri iç zarındaki elektron taşıma zincirinden ve bu zincirin yarattığı proton gradyanından kaynaklanır. Glikoliz ve Krebs döngüsü tarafından üretilen NADH ve FADH₂, elektron taşıma zincirine elektron bağışlarken enerjiyi adım adım serbest bırakır; bu enerji, ATP sentezi için kullanılır.\n\nElektron taşıma zinciri dört ana kompleks içerir. Kompleks I (NADH-CoQ oksidoredüktaz), NADH'den iki elektron alır ve bu elektronları ubichinona (Koenzim Q) aktarır. Eş zamanlı olarak dört proton matristen intermembran aralığına pompalanır. Kompleks II (süksinat-CoQ oksidoredüktaz), FADH₂'den gelen elektronları ubichinona aktarır; ancak proton pompalaması yapmaz, bu yüzden FADH₂'nin ATP verimi NADH'inkinden düşüktür.\n\nKompleks III (CoQ-sitokrom c oksidoredüktaz), ubichinolden gelen elektronları sitokrom c'ye aktarır. Q döngüsü mekanizmasıyla dört proton daha intermembran aralığına taşınır. Kompleks IV (sitokrom c oksidaz), sitokrom c'den aldığı dört elektronu moleküler oksijene aktararak suyu oluşturur. Bu esnada iki proton daha pompalanır.\n\nKemiozmotik teori, elektron taşıma zinciri boyunca birikim eden proton gradyanının, proton motorik kuvvetin (PMF), ATP sentazı sürdürdüğünü öne sürer. PMF iki bileşenden oluşur: elektrokimyasal potansiyel (ΔΨ, yaklaşık -180 mV) ve pH gradyanı (ΔpH). ATP sentaz (Kompleks V), intermembran aralığından matrize akan protonların enerjisini kullanarak ADP + Pi'dan ATP sentezler. Her devrim için yaklaşık üç ila dört ATP üretilir.anm\nStoikiometri hesapları tarihsel olarak tartışma konusu olmuştur. P/O oranı, tüketilen oksijen atomu başına üretilen ATP sayısı, NADH için yaklaşık 2,5, FADH₂ için yaklaşık 1,5 olarak kabul edilmektedir. Bu rakamlar, ders kitaplarındaki idealize 10 ATP/NADH ve 6 ATP/FADH₂ değerlerinden düşüktür; fark, proton sızıntısı ve taşıyıcı maliyetlerinden kaynaklanır. Elektron taşıma zincirinin biyoenerjetik analizi, bu gerçekçi değerler üzerinden yapıldığında glukozun teorik maksimum ATP verimi yaklaşık 30-32 ATP olarak hesaplanır.