氧化磷酸化是指在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，所释放出的能量逐步驱动ADP磷酸化生成ATP的过程，其ATP生成主要通过以下方式：
首先是呼吸链电子传递释放能量。代谢物如丙酮酸、苹果酸等在脱氢酶的作用下脱下氢原子，这些氢原子包含质子（H⁺）和电子（e⁻）。氢原子通过呼吸链中的一系列电子传递体进行传递，呼吸链主要由尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）、黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶Q和细胞色素等组成。电子在呼吸链中从低电位向高电位传递，每一步传递过程都会释放出能量。例如，NADH 脱氢酶催化 NADH 脱下的 2 个电子经 FMN、Fe - S 等传递给辅酶 Q，在此过程中释放出一定能量。
然后是质子电化学梯度的形成。在电子传递过程中，呼吸链中的复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有质子泵的作用，它们将质子从线粒体基质泵到线粒体内膜外，形成跨内膜的质子电化学梯度，包括质子浓度梯度（膜外 H⁺ 浓度高于膜内）和电位梯度（膜外为正、膜内为负）。这种质子电化学梯度储存了电子传递过程中释放的能量，就像一个蓄能池。
最后是ATP合酶催化ATP生成。当质子顺浓度梯度和电位梯度通过线粒体内膜上的ATP合酶回流到线粒体基质时，ATP合酶利用质子电化学梯度所储存的能量催化ADP和Pi合成ATP。ATP合酶由 F₀ 和 F₁ 两部分组成，F₀ 是嵌入线粒体内膜的质子通道，F₁ 位于线粒体基质侧，具有催化活性。质子通过 F₀ 回流时，引起 F₁ 构象改变，使 ADP 和 Pi 结合并磷酸化生成 ATP。
总的来说，氧化磷酸化过程中，呼吸链电子传递、质子电化学梯度形成和ATP合酶催化作用三者紧密偶联，共同完成了从代谢物氧化到ATP生成的能量转换过程，为细胞提供了生命活动所需的直接能源。
