La respiración aeróbica es realizada a nivel celular, por aquéllos organismos que pueden utilizar el oxígeno atmosférico en la combustión de moléculas como la glucosa, para la obtención de la energía que requieren las células. La energía que se obtiene de la respiración es "administrada" por una molécula conocida como ATP.

La respiración celular tiene lugar en tres etapas (glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria), y se lleva a cabo con la intervención de una estructura celular especializada: la mitocondria.

Las dos primeras etapas de degradación de la molécula de glucosa (glucólisis y ciclo de Krebs) se llevan a cabo sin la intervención del oxígeno. Es hasta la tercera etapa (cadena respiratoria) donde interviene el oxígeno.

Durante la glucólisis la célula hace reaccionar a la glucosa con la presencia de dos moléculas de adenosín trifosfato (ATP) formando un azúcar difosfatado y liberando dos moléculas de ADP (adenosín difosfato, que han dejado dos ácidos fosfóricos en el azúcar). Esta molécula difosfatada se rompe por la acción de enzimas y forma dos moléculas de 3 carbonos. Cada molécula de 3 carbonos reacciona incorporando un fósforo inorgánico, formándose así dos moléculas de 3 carbonos, difosfatadas.

A partir de ese momento, cada una de las moléculas de 3 carbonos reaccionan en presencia de ADP, formando 4 ATP. El resto (dos moléculas de 3 carbonos sin ácidos fosfóricos) se conocen como ácidos pirúvicos.

La segunda etapa de degradación de la molécula de glucosa se inicia a partir del ácido pirúvico. Este reacciona con una molécula de Acetil-coenzima A y libera un CO₂. El Acetil-coenzima A se retira, se desprende CO₂ y la molécula de dos carbonos que resta, se une a una de 4 carbonos (ácido oxalacético) formando el ácido cítrico. Posteriormente la molécula  desprende nuevamente una molécula de CO₂ que se libera ( éste es el que se exhala a la atmósfera), y forma una molécula de 5 carbonos (el ácido cetoglutárico) desprendiendo H⁺⁺ que es captado por el aceptor NAD.
   De nuevo se libera CO₂  y H⁺⁺ (captado por el NAD) y energía suficiente para que el ADP forme ATP. Así se forman el ácido succínico que regenera más tarde el ácido oxalacético cerrando un ciclo.
   En este momento ya sólo queda de la glucosa inicial: ATP y NADH⁺⁺ (NADH₂). El CO₂ ha sido liberado a la atmósfera con lo que todo el carbono y el oxígeno de esa molécula, son desechados. La última etapa es iniciada por las moléculas de NADH₂.

Ahora tienen lugar una serie de reacciones de oxidoreducción donde varias moléculas se oxidan y se reducen en presencia de los H₂. En cada reacción se libera energía (ya que todas las reacciones son exergónicas) que es utilizada en la formación de moléculas de ATP. Como resultado final se obtiene agua metabólica ( H₂O), cuando media molécula de O₂ atmosférico reacciona con los H_{2 .}

Si consideramos la degradación total de la molécula de glucosa y descontamos los 2 ATP que entraron a ella al inicio de la glucólisis, la célula obtiene un total de 38 ATP.