Tubuh manusia biasanya bergantung pada glukosa, gula, untuk energi; tetapi juga dapat menggunakan asam lemak yang disimpan sebagai alternatif. Oksidasi asam lemak umumnya diperlukan untuk menjadi sumber energi; zat dari hati dan pankreas memungkinkan lemak, atau lipid, mengalir dari dinding usus ke dalam aliran darah. Ketika asam lemak dioksidasi, perubahan biasanya terjadi pada tingkat atom, yang diprakarsai oleh berbagai enzim. Senyawa juga perlu diaktifkan di dalam sitoplasma sel; oksidasi kemudian dapat terjadi dalam struktur seluler yang disebut mitokondria.
Ketika diperlukan, oksidasi asam lemak biasanya dimulai saat enzim bereaksi dengan molekul. Enzim yang disebut karnitin dapat membuat senyawa lemak melewati membran mitokondria, tempat oksidasi terjadi. Pergerakan zat masuk dan keluar dari mitokondria biasanya didukung oleh siklus transportasi karnitin. Lebih banyak energi per atom biasanya dihasilkan daripada ketika karbohidrat digunakan untuk energi. Lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh biasanya dioksidasi dengan cara yang sama, tetapi adanya ikatan atom rangkap biasanya membutuhkan enzim tambahan selama oksidasi asam lemak.
Enzim yang bertanggung jawab untuk oksidasi asam lemak dapat diaktifkan oleh hormon. Sel biasanya melepaskan tetesan lemak ke dalam darah; zat yang tersimpan dalam lemak dipecah oleh enzim terlebih dahulu. Kurangnya konsumsi makanan yang cukup dan olahraga yang lama dapat memicu tubuh untuk memulai reaksi tersebut. Secara umum, produk reaksi enzim asam lemak dipindahkan ke mitokondria jika muatan energi sel rendah, sedangkan keadaan energi tinggi akan menghambat transpor ke dalam struktur. Molekul lemak sering digunakan untuk membuat zat lain dan lipid untuk membran sel.
Selain energi, air juga dihasilkan selama oksidasi asam lemak. Reaksi yang memecah oksigen dan reaksi kimia dengan Adenosin Trifosfat (ATP) keduanya dapat menyebabkan pembentukan air. Komponen tambahan dari reaksi ini sering menguntungkan hewan yang hidup di iklim kering atau yang berhibernasi.
Oksidasi asam lemak terkadang terjadi pada tingkat yang tinggi; hati kemudian dapat bereaksi dengan menghasilkan molekul energi yang disebut badan keton. Ketidakseimbangan, seperti yang terjadi pada diabetes, dapat menyebabkan ketoasidosis, di mana sel tidak dapat mengoksidasi sejumlah besar molekul energi hati dan darah menjadi terlalu asam. Oksidasi normal asam lemak dari ikan, kedelai, dan biji-bijian biasanya mengisi kembali zat-zat yang tidak diproduksi sendiri oleh tubuh.