Prawie cała energia zużywana przez komórki pochodzi z wiązań, które tworzą złożone związki organiczne. Te związki organiczne są rozkładane na prostsze cząsteczki, takie jak glukoza. W rezultacie komórki pozyskują energię z glukozy w wielu reakcjach chemicznych – proces ten nazywa się oddychaniem komórkowym.

Oddychanie komórkowe może zachodzić tlenowo (z tlenem) lub beztlenowym (bez tlenu). W obecności tlenu oddychanie komórkowe rozpoczyna się od glikolizy i kontynuuje utlenianie pirogronianu, cykl kwasu cytrynowego i fosforylację oksydacyjną.

Zarówno tlenowe, jak i beztlenowe oddychanie komórkowe rozpoczyna się od glikolizy, która daje zysk netto dwóch cząsteczek pirogronianu, dwóch cząsteczek NADH i dwóch cząsteczek ATP (cztery ATP wytwarzane przy użyciu dwóch ATP). Oprócz tych głównych produktów, glikoliza generuje dwie cząsteczki wody i dwa jony wodorowe.

W komórkach, które przeprowadzają oddychanie beztlenowe, glikoliza jest głównym źródłem ATP. Komórki te wykorzystują fermentację do przekształcenia NADH z glikolizy z powrotem w NAD ⁺, który jest wymagany do kontynuowania glikolizy. Glikoliza jest również głównym źródłem ATP dla dojrzałych czerwonych krwinek ssaków, które nie mają mitochondriów. Komórki rakowe i komórki macierzyste również opierają się na glikolizie tlenowej w celu szybkiego wytwarzania ATP.

Komórki wykorzystujące oddychanie tlenowe nadal rozkładają pirogronian po glikolizie poprzez utlenianie pirogronianu, cykl kwasu cytrynowego i fosforylację oksydacyjną. Utlenianie pirogronianu przekształca pirogronian z glikolizy w acetylo-CoA, główny wkład w cykl kwasu cytrynowego. NAD ⁺ do ciągłej glikolizy jest uzupełniany podczas fosforylacji oksydacyjnej, kiedy NADH przemieszcza się i przekazuje elektrony do łańcucha transportu elektronów, stając się NAD⁺.

ATP jest głównym produktem oddychania komórkowego. Chociaż fosforylacja oksydacyjna wytwarza większość ATP wytwarzanego przez oddychanie tlenowe, ATP jest również wytwarzany podczas glikolizy i cyklu kwasu cytrynowego.