Исходным источником энергии для процесса окислительного фосфорилирования является энергия окисления органических веществ кислородом. В соответствии с теорией Митчелла, она превращается в энергию электрохимического потенциала, т. е. градиента ионов H⁺. Наконец, фермент Н⁺-АТФ-синтетаза превращает энергию электрохимического потенциала в энергию химических связей молекулы АТФ.