Większość organizmów eukariotycznych potrzebuje tlenu, aby przetrwać i odpowiednio funkcjonować. Takie organizmy wytwarzają duże ilości energii podczas oddychania tlenowego, metabolizując glukozę i tlen do dwutlenku węgla i wody. Jednak większość eukariontów może wytwarzać pewną ilość energii przy braku tlenu w procesie metabolizmu beztlenowego.

Fermentacja to rodzaj procesu metabolicznego, który zachodzi przy braku tlenu, w którym cząsteczki organiczne, takie jak glukoza, są rozkładane w celu wytworzenia energii. Podczas tego procesu cząsteczka glukozy jest początkowo przekształcana w dwie cząsteczki pirogronianu w wyniku szeregu reakcji chemicznych. Proces ten nazywa się glikolizą i jest taki sam, jak pierwszy krok w oddychaniu tlenowym. W przypadku braku tlenu cząsteczki pirogronianu są następnie przekształcane w różne cząsteczki organiczne różnymi drogami, w zależności od zaangażowanego organizmu.

Jednym z kluczowych aspektów fermentacji jest regeneracja NAD⁺ z NADH. Podczas glikolizy NAD⁺ jest przekształcany w NADH, a dalsze funkcjonowanie glikolizy wymaga regeneracji NAD⁺. W przypadku braku tlenu fermentacja jest procesem, który regeneruje NAD⁺ poprzez przenoszenie elektronów z NADH do cząsteczki organicznej, takiej jak pirogronian, w wyniku czego powstaje nowa cząsteczka organiczna i NAD⁺.

Istnieją dwa główne rodzaje fermentacji oparte na końcowych produktach reakcji: fermentacja mlekowa i fermentacja alkoholowa. U ssaków fermentacja kwasu mlekowego zachodzi w czerwonych krwinkach, które nie mogą oddychać tlenowo z powodu braku mitochondriów, a także w mięśniach szkieletowych podczas forsownych ćwiczeń. Występuje również w niektórych bakteriach, takich jak te znajdujące się w jogurcie. W tej reakcji pirogronian i NADH są przekształcane w kwas mlekowy i NAD⁺.

Fermentacja alkoholowa jest procesem dwuetapowym. W pierwszym etapie pirogronian jest przekształcany w dwutlenek węgla i aldehyd octowy. W drugim etapie aldehyd octowy działa jako akceptor elektronów i jest redukowany do etanolu z jednoczesną konwersją NADH do NAD⁺. Ogólnie rzecz biorąc, fermentacja alkoholowa przekształca pirogronian i NADH w etanol, dwutlenek węgla i NAD⁺. Drożdże wykorzystują fermentację alkoholową do przekształcania cukrów w dwutlenek węgla i etanol. Proces ten jest wykorzystywany do produkcji napojów alkoholowych, takich jak piwo i wino.