Die Atmungskette läuft an der inneren Mitochondrien-Membran (Matrix-Intermembranraum) ab. Hier entsteht, unter O2 Verbrauch und Verbrauch der Protonen und Elektronen des Coenzym gebundenen Wassertstoffs, der Haupteil des ATPs bei der Zellatmung . Der Wasserstoff aus dem Citratzyklus oxidiert unter Energiegewinnung zu Wasser.

Gesamtbilanz der Atmungskette: (vereinfacht)

10 NADH+10 H+ + 2 FADH2 + 34 ADP + 34 P + 6 O2 → 12 H20 + 10 NAD+ + 2 FAD + 34 ATP