A sejtlégzés során az oxigén végső elektronakceptorként hasznosul az elektrontranszport láncban, amely a belső mitokondriális membránban található fehérjekomplexek sorozata. Ahogy az elektronok áthaladnak ezeken a komplexeken, energiájukat arra használják fel, hogy protonokat pumpáljanak át a membránon, proton gradienst hozva létre. Ez a gradiens az ATP szintézisét az oxidatív foszforilációnak nevezett folyamaton keresztül hajtja végre.
A sejtlégzés általános kémiai egyenlete:
C6H12O6 (glükóz) + 6O2 (oxigén) → 6CO2 (szén-dioxid) + 6H2O (víz) + energia (ATP-ként)
Ezenkívül a sejtlégzés során más tápanyagok, például szénhidrátok, zsírok és fehérjék is lebonthatók és energiaforrásként használhatók fel. Az oxigén ATP előállításához való felhasználásának alapvető folyamata azonban változatlan marad.