أثناء التنفس الخلوي ينقسم جزيء من الجلوكوز تدريجياً لثاني أكسيد الكربون والماء، ويتم إنتاج بعض ATP مباشرًة في التفاعلات التي تقوم بتحويل الجلوكوز، ويتم إنتاج المزيد من الـ ATP لاحقًا في عملية تسمى الفسفرة التأكسدية، ألتي تعمل على حركة الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون، وهي سلسلة من البروتينات المضمنة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريون.

يمر التنفس الخلوي بأربعة خطوات أو مراحل وهي تحلل السكر، بيروفات الأكسدة، دورة كربيس وهو حمض الستريك، الفسفرة التأكسدية.^[2]

1. تحلل السكر: بهذه المرحلة يتم تقسيم جزيئات الجلوكوز في السيتوبلازم لجزيئين من البيروفات وهناك حاجة إلى عشرة إنزيمات للمركبات الوسيطة العشرة في هذه العملية.
2. بيروفات الأكسدة: يمكن صنع 38 جزيء ATP ولكل جزيء جلوكوز مؤكسد أثناء التنفس الخلوي اثنان من تحلل السكر، ودورة كريبس و 34 من سلسلة نقل الإلكترون، ومع ذلك، فإن هذه العملية تحقق طاقة أقل (ATP) بسبب الخسائر التي تنجم عن الأغشية المتسربة، وبحيث تتراوح التقديرات من 29 إلى 30 ATP لكل جلوكوز، الأيض الهوائي يعتبر أكثر كفائًة بحوالي 15 مرة من الأيض اللاهوائي، بحيث يتشاركون بالمسار الأولي لتحلل السكر، ولكن الأيض الهوائي يستمر مع دورة كريبس والتفسفر التأكسدي بحيث تحدث تفاعلات تتحلل ما بعد في الميتوكوندريا في خلايا حقيقية للنواة، وفي السيتوبلازم في الخلايا بدائية النواة.
3. دورة كريبس (حمض الستريك): يتحد (Acetyl CoA) وهو أنزيم أسيتيل مع (oxaloacetate) ليشكل مركب يحتوي على ست ذرات من الكربون، وتعتبر هذه الخطوة الأولى في دورة كريبس المتكررة، ونظرًا لإنتاج جزيئين من أسيتيل (COA) من كل جزيء جلوكوز، يلزم وجود دورتين لكل جزيء جلوكوز، وفي نهاية الدورتين فإن المنتجات هي: دورتان (ATP) ستة (NADH) وإثنين من (FADH) وأربعة من (CO2، ATP هو جزيء يقوم بحمل الطاقة في شكل كيميائي ليتم إستخدامه في عمليات الخلايا الأخرى.
4. الفسفرة التأكسدية: تعتبر الفسفرة التأكسدية من أخر المراحل للتنفس الخلوي، بحيث يتم ضخ جميع جزيئات الهيدروجين التي تمت إزالتها في الخطوات السابقة (دورة كريبس، بيروفات الأكسدة) داخل الميتوكوندريا بإستخدام الطاقة التي تطلقها الإلكترونات، وتمتزج في النهاية الإلكترونات التي تشغل ضخ الهيدروجين في الميتوكوندريا مع بعض الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء وتتوقف ضخ جزيئات الهيدروجين، واخيراً يتدفق الهيدروجين مرة أخرى إلى السيتوبلازم في الميتوكوندريا من خلال قنوات البروتين، بينما يتدفق الهيدروجين، ويتكون (ATP) من أيونات (ADP) والفوسفات.