酵素によって、NADHは、NAD+とプロトン、電子に酸化される。FADH2もFAD、プロトン、電子にされる。これらの電子が内膜の電子伝達系を通って移動するとエネルギーが徐々に解放され、分裂したNADHやFADH2から内膜と外膜の膜間腔に水素イオンを汲み出し、電気化学勾配を作る。この電気化学勾配は、プロトン駆動力として知られる内膜内外の位置エネルギーを作り出す。結果として、化学浸透が起こり、ATPシンターゼが水素イオンの濃度勾配の位置エネルギーを利用して、ADPとリン酸からATPを生産する。水素イオンはATPシンターゼの作用により受動的にミトコンドリアマトリックス内に入り、後に水を再形成する。
電子伝達系は、適切な機能とATPの生成のために、定期的な電子の補給を必要とする。しかし、電子伝達系に入った電子は、一方通行の行き止まりの道を走る自動車のように停滞する。このような電子は、最終的には酸素分子に受け入れられ、ATPシンターゼによってマトリックスのいくつかの水素イオンと結合し、結果として2分子の水を生じる。電子を受け入れることで、電子伝達系の作用は継続する。
1分子のNADHからの電子は、電子伝達系を通して、ADPとリン酸から3分子のATPを生産でき、1分子のFADH2からは2分子のATPを生産できる。結果として、好気呼吸による10分子のNADHと2分子のFADH2からは、合計34分子のATPが生産される。これは、クエン酸回路と解糖系を組み合わせると、電子伝達系の効率は、解糖系単独の場合の効率3.5%に対して、約65%になることを意味する。