I mitokondrier foregår størsteparten av cellenes energiproduksjon. Mitokondriene er bygd opp av to membraner – den ytre og den indre. Den indre membranen er sterkt foldet for å gi større overflate. Rommet mellom disse kalles det intermembrane området. Over membranene dannes det et potensial på grunn av transport av protoner (H+) over den indre membranen fra det indre av mitokondriet, kalt matrix.
Energiproduksjon i mitokondrier starter i glykolysen, en komplisert kjemisk prosess som foregår i cellenes cytosol, og som utvinner energi fra karbohydrater, aminosyrer og fettsyrer. Sluttproduktet fra glykolysen er acetyl-coenzym A. Dette transporteres inn i mitokondriet, hvor coemzym A frigjøres, og acetyl går inn i sitronsyresyklusen (også kalt Krebs’ syklus eller trikarboksylsyresyklusen).