Metabolismul aerob folosește oxigenul pentru a elimina energia din glucoză și o stochează într-o moleculă biologică numită adenozin trifosfat (ATP). ATP este sursa de energie a corpului uman, iar ruperea moleculelor de ATP eliberează energie care este utilizată pentru o varietate de procese biologice, inclusiv mișcarea moleculelor prin membrane. Metabolismul aerob se mai numește și respirație aerobă, respirație celulară și respirație celulară aerobă. Metabolismul anaerob este o altă formă de metabolism, dar are loc fără oxigen, dar corpul uman nu este construit pentru a menține respirația anaerobă pentru o perioadă lungă de timp, iar acest lucru provoacă un mare stres.
Prima etapă a metabolismului aerob se numește glicoliză. Glicoliza are loc în citoplasma celulei. Zaharurile complexe sunt descompuse în glucoză de către o varietate de enzime, iar această glucoză este apoi descompusă în două molecule de acid piruvic, altfel cunoscut sub numele de piruvat. Energia eliberată de această defalcare este stocată în două molecule de ATP. Glicoliza este unică prin faptul că este singura etapă a metabolismului care are loc în citoplasmă, iar celelalte două etape au loc în interiorul mitocondriilor.
În a doua etapă a metabolismului aerob, numită ciclul acidului citric, cele două molecule de piruvat sunt folosite pentru a crea molecule reducătoare bogate în energie, care sunt utilizate mai târziu în procesul de respirație. Unele dintre aceste molecule pot fi convertite direct în ATP dacă este necesar, deși acest lucru nu se întâmplă întotdeauna. Apa și dioxidul de carbon sunt produse ca deșeuri din acest ciclu, motiv pentru care ființele umane inspiră oxigen și expiră dioxid de carbon. Ciclul acidului citric, ca și glicoliza, produce 2 ATP.
Etapa finală a metabolismului aerob se numește lanț de transport de electroni și are loc pe membrana interioară a mitocondriilor. În această etapă, moleculele bogate în energie derivate din ciclul acidului citric sunt folosite pentru a susține un gradient de sarcină pozitivă, numit gradient chemiosmotic, care este folosit pentru a genera multe molecule de ATP. Acest pas generează cel mai mult ATP din procesul de metabolism aerob, creând o medie de aproximativ 32 de molecule de ATP. După ce lanțul de transport de electroni a generat ATP, moleculele bogate în energie sunt libere să fie reutilizate de ciclul acidului citric.
Metabolismul aerob generează aproximativ 36 de molecule de ATP. Respirația anaerobă generează doar aproximativ zece procente din această cantitate. Utilizarea oxigenului este cea mai importantă la sfârșitul lanțului de transport de electroni, deoarece ajută la gradientul chemiosmotic. Existența metabolismului dependent de oxigen este motivul pentru care mitocondriile sunt cunoscute în mod obișnuit ca puterea organismului.