Proceso do metabolismo celular que resulta do acoplamento de dous procesos: a quimiosmose e a cadea de transporte de electróns. Nesta última, os electróns pasan dunha molécula portadora a outra (desde o NADH ou FADH2 a unha serie de citocromos), e a enerxía liberada nestas transferencias de electróns úsase para formar un gradiente electroquímico. Na quimiosmose, a enerxía almacenada no gradiente úsase para producir ATP grazas a unha encima ATP-sintase.
En eucariotas este proceso de transporte de electróns e síntese de ATP ten lugar nas mitocondrias, e proporciona unha reserva de enerxía para os procesos biosintéticos que teñen lugar na célula; o aceptador final dos electróns na fosforilación oxidativa adoita ser o osíxeno.
Nos procariotas, os compoñentes da cadea de transporte de electróns atópanse na membrana celular. En certas especies de bacterias, o aceptador final dos electróns pode ser algunha outra molécula diferente do osíxeno, como o nitrato ou o sulfato entre outras.