线粒体的能量、三羧酸循环和电子传递链，能量
如上所述，线粒体的主要任务是生产ATP.这是通过糖酵解、丙酮酸和NADH （糖酵解在线粒体外完成，即胞浆）实现的。糖代谢分为有氧和无氧两种。
丙酮酸：三羧酸循环
糖酵解中生成的丙酮酸会被主动运输穿过线粒体膜，到达线粒体基质与辅酶A生成乙酰辅酶A.一旦生成，乙酰辅酶A就会进入到柠檬酸循环，或曰“三羧酸循环”或“Krebs循环”。过程中产生3分子NADH和1分子FADH2，它们会参与电子传递链。
除了琥珀酸脱氢酶是存在于线粒体内膜上这一例外，其他的酶都是游离在线粒体的基质中。
NADH和FADH2：电子传递链
NADH和FADH2在电子传递链里面经过几步反应会释放能量，其中一部分生成ATP，其余则作为热能散失。在线粒体内膜上的酶复合体（NADH-泛醌还原酶，泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素C氧化酶）利用过程中释放的能量将质子逆浓度梯度泵入膜间（质子在膜间浓度比在基质中的高）。
当质子被泵入膜间后，质子就会有顺浓度梯度扩散的趋势。唯一的通道是复合体V——ATP合酶。当质子通过复合体从膜间回到基质的时候，ATP合酶可以利用ADP和磷酸合成ATP.这个过程被称为化学渗透。这也是一个协助扩散的例子。Peter Mitchell就因为提出了这一假说而获得了1978年诺贝尔奖。1997年诺贝尔奖获得者保罗。博耶和约翰。瓦克阐明了ATP合酶的机制。