Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι μια σειρά πρωτεϊνών ενσωματωμένων στα μιτοχόνδρια των κυττάρων που μεταφέρουν ενέργεια από οργανικά υποστρώματα με αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής. Αυτές οι αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής μεταφέρουν ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) και ηλεκτρόνια κάτω από την αλυσίδα, μαζί με την ενέργεια που συγκρατούν. Η αερόβια αναπνοή και η παραγωγή ενέργειας λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια των κυττάρων και η αλυσίδα μεταφοράς είναι το τελευταίο βήμα σε αυτή τη διαδικασία. Εδώ δημιουργούνται τα πιο πλούσια σε ενέργεια μόρια. Η ενέργεια που κινείται από την αλυσίδα αποθηκεύεται σε μόρια τριφωσφορικής αδενοσίνης, ή ATP, η οποία είναι η κυτταρική πηγή ενέργειας του ανθρώπινου σώματος.
Μεγάλο μέρος του ΑΤΡ που δημιουργείται από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων γίνεται από μια χημειοσμωτική κλίση, μια περιοχή στην οποία υψηλές συγκεντρώσεις ιόντων υδρογόνου δίνουν τη θέση τους σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Η αλυσίδα βοηθά στην παραγωγή αυτής της κλίσης, αν και άλλες κυτταρικές διεργασίες συμβάλλουν και τη διατηρούν. Ένα ένζυμο που ονομάζεται συνθάση ATP είναι ενσωματωμένο στις μιτοχονδριακές μεμβράνες και η άντληση ιόντων υδρογόνου μέσω του ενζύμου το ωθεί να δημιουργήσει ATP. Αυτό μπορεί να βρεθεί σε διαφορετικά σημεία κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, όχι μόνο στο τέλος, αυξάνοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητά του.
Οι αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων συμβαίνουν η μία μετά την άλλη. Μια οξείδωση ακολουθείται πάντα από μια αναγωγή, η οποία στη συνέχεια ακολουθείται από μια άλλη οξείδωση. Τα ηλεκτρόνια αφαιρούνται από ένα μόριο σε μια αντίδραση οξείδωσης και προστίθενται σε ένα μόριο σε μια αντίδραση αναγωγής. Με άλλα λόγια, το φορτίο ενός μορίου αυξάνεται σε μια αντίδραση οξείδωσης και μειώνεται σε μια αντίδραση αναγωγής. Το τελικό μόριο στην αλυσίδα είναι ένα μόριο οξυγόνου, το οποίο λειτουργεί ως δέκτης ηλεκτρονίων και καθαρίζει τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια συνδέοντας τα μαζί τους σε μόρια νερού.
Η εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων παρέχει μια δισδιάστατη επιφάνεια για να λειτουργήσει η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και τα πρωτεϊνικά συστατικά της αλυσίδας δεν είναι σταθερά στη θέση τους. Όλα τα συστατικά μπορούν να κινούνται μέσα στη μεμβράνη και υπάρχουν πολλά αντίγραφα κάθε συστατικού σε οποιαδήποτε δεδομένη περιοχή. Δεδομένου ότι κινούνται σε δισδιάστατο χώρο, υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα ότι οποιοδήποτε στοιχείο της αλυσίδας θα αλληλεπιδράσει επιτυχώς με το επόμενο μόριο της αλυσίδας. Τα μόρια της αλυσίδας είναι όλα ενσωματωμένα σε όλη τη μιτοχονδριακή μεμβράνη. δεν υπάρχει ρητή κατεύθυνση ροής ενέργειας. Αυτός ο δυναμικός και ευέλικτος προσανατολισμός επιτρέπει τη μέγιστη απόδοση, αξιοποιώντας όσο το δυνατόν περισσότερο την επιφάνεια της μεμβράνης.