Oddychanie komórkowe to proces, w którym komórki przekształcają różne formy energii chemicznej w adenozynotrójfosforan lub ATP, cząsteczkę używaną do „transportu” użytecznej energii komórkowej. Oddychanie komórkowe może przebiegać według różnych mechanizmów w zależności od warunków środowiska komórkowego podczas procesu oddychania. Na przykład tlen jest głównym czynnikiem — oddychanie przebiega według innych mechanizmów w warunkach tlenowych lub warunkach, w których tlen jest obecny, niż w warunkach beztlenowych lub w warunkach, w których tlen nie jest obecny. Niektóre organizmy są w stanie przełączać się między tlenowymi i beztlenowymi trybami oddychania w zależności od warunków środowiskowych, chociaż w takich przypadkach oddychanie beztlenowe jest generalnie nie do utrzymania przez długi czas.
Oddychanie tlenowe to oddychanie komórkowe, które wymaga tlenu. Człowiek i wiele innych organizmów korzysta z tej formy oddychania, ponieważ chemiczne właściwości tlenu pozwalają na bardzo wydajny transfer energii. Tlen do tlenowego oddychania komórkowego jest dostarczany przez oddychanie; gdy pobór tlenu jest niewystarczający, aby zapewnić wystarczającą ilość tlenu, krótkoterminowe mechanizmy beztlenowe muszą być stosowane w celu uzupełnienia mechanizmów tlenowych.
Surowce wykorzystywane w procesach oddychania przenoszącego energię są dostarczane poprzez konsumpcję pożywienia, które rozkłada się na formę chemiczną, która może być wykorzystana podczas reakcji zachodzących podczas oddychania. Należy zauważyć, że samo oddychanie komórkowe wymaga energii, ponieważ pewna ilość ATP jest wykorzystywana do produkcji większej ilości.
W niektórych przypadkach tlenowe oddychanie komórkowe nie wystarcza do dostarczenia całej energii potrzebnej do zaspokojenia potrzeb komórkowych organizmu. Jest to powszechne, gdy ktoś angażuje się w ćwiczenia sportowe, które mocno obciążają mięśnie. Mechanizmy tlenowe nie są w stanie nadążać za zapotrzebowaniem energetycznym mięśni, dlatego w celu uzupełnienia produkcji energii uruchamiany jest proces zwany fermentacją. Proces ten jest znacznie mniej wydajny niż jego tlenowy odpowiednik, wytwarzając tylko dwie cząsteczki ATP na cząsteczkę glukozy w porównaniu do 38 wytwarzanych przez mechanizmy tlenowe. Produkuje również dużą ilość wysokoenergetycznych odpadów, których nie można rozłożyć na użyteczną formę poprzez fermentację.
Niektóre organizmy żyją w warunkach beztlenowych i w związku z tym mają procesy oddychania komórkowego, które nie zawierają tlenu. Niektóre z tych organizmów umrą w obecności tlenu; takie organizmy są określane jako bezwzględne beztlenowce. Większość organizmów, które przede wszystkim wykorzystują takie mechanizmy oddychania komórkowego, są małe i niezłożone, i mają tendencję do braku potrzeb energetycznych, takich jak ruch mięśni i złożone procesy trawienne.