Metabolisme aerobik menggunakan oksigen untuk mengeluarkan energi dari glukosa dan menyimpannya dalam molekul biologis yang disebut adenosin trifosfat (ATP). ATP adalah sumber energi tubuh manusia, dan pemecahan molekul ATP melepaskan energi yang digunakan untuk berbagai proses biologis, termasuk pergerakan molekul melintasi membran. Metabolisme aerobik juga disebut respirasi aerobik, respirasi seluler, dan respirasi seluler aerobik. Metabolisme anaerobik adalah bentuk lain dari metabolisme, tetapi terjadi tanpa oksigen tetapi tubuh manusia tidak dibangun untuk mempertahankan respirasi anaerobik untuk waktu yang lama, dan hal itu menyebabkan stres yang hebat.
Tahap pertama metabolisme aerobik disebut glikolisis. Glikolisis terjadi di sitoplasma sel. Gula kompleks dipecah menjadi glukosa oleh berbagai enzim, dan glukosa ini kemudian dipecah lebih lanjut menjadi dua molekul asam piruvat, atau dikenal sebagai piruvat. Energi yang dilepaskan oleh pemecahan ini disimpan dalam dua molekul ATP. Glikolisis unik karena merupakan satu-satunya tahap metabolisme yang terjadi di sitoplasma, dan dua tahap lainnya terjadi di dalam mitokondria.
Pada tahap kedua metabolisme aerobik, yang disebut siklus asam sitrat, dua molekul piruvat digunakan untuk membuat molekul pereduksi yang kaya energi yang digunakan kemudian dalam proses respirasi. Beberapa molekul ini dapat diubah secara langsung menjadi ATP jika diperlukan, meskipun hal ini tidak selalu terjadi. Air dan karbon dioksida diproduksi sebagai produk limbah dari siklus ini, yang merupakan alasan manusia menghirup oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida. Siklus asam sitrat, seperti glikolisis, menghasilkan 2 ATP.
Tahap akhir metabolisme aerobik disebut rantai transpor elektron dan terjadi pada membran dalam mitokondria. Pada langkah ini, molekul kaya energi yang berasal dari siklus asam sitrat digunakan untuk mempertahankan gradien muatan positif, yang disebut gradien kemiosmotik, yang digunakan untuk menghasilkan banyak molekul ATP. Langkah ini menghasilkan ATP paling banyak dari proses metabolisme aerobik, menciptakan rata-rata sekitar 32 molekul ATP. Setelah rantai transpor elektron menghasilkan ATP, molekul kaya energi bebas untuk digunakan kembali oleh siklus asam sitrat.
Metabolisme aerobik menghasilkan sekitar 36 molekul ATP. Respirasi anaerobik hanya menghasilkan sekitar sepuluh persen dari jumlah itu. Penggunaan oksigen paling penting pada akhir rantai transpor elektron, karena membantu gradien kemiosmotik. Adanya metabolisme yang bergantung pada oksigen inilah mengapa mitokondria umumnya dikenal sebagai pembangkit tenaga tubuh.