Metabolisme energi secara umum didefinisikan sebagai keseluruhan proses kimia suatu organisme. Proses kimia ini biasanya berbentuk jalur metabolisme kompleks di dalam sel, umumnya dikategorikan sebagai katabolik atau anabolik. Pada manusia, studi tentang bagaimana energi mengalir dan diproses dalam tubuh disebut bioenergi, dan pada prinsipnya berkaitan dengan bagaimana makromolekul seperti lemak, protein, dan karbohidrat terurai untuk menyediakan energi yang dapat digunakan untuk pertumbuhan, perbaikan, dan aktivitas fisik.
Jalur anabolik menggunakan energi kimia dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP) untuk menggerakkan kerja seluler. Pembangunan makromolekul dari komponen yang lebih kecil, seperti sintesis protein dari asam amino, dan penggunaan ATP untuk menggerakkan kontraksi otot adalah contoh jalur anabolik. Untuk menjalankan proses anabolik, ATP menyumbangkan satu molekul fosfat, melepaskan energi yang tersimpan dalam proses tersebut. Setelah pasokan ATP sel kerja habis, lebih banyak harus dihasilkan oleh metabolisme energi katabolik agar kerja seluler berlanjut.
Jalur katabolik adalah jalur yang memecah molekul besar menjadi bagian-bagian penyusunnya, melepaskan energi dalam prosesnya. Tubuh manusia mampu mensintesis dan menyimpan ATP sendiri melalui metabolisme energi anaerobik dan aerobik. Metabolisme anaerobik terjadi tanpa adanya oksigen, dan dikaitkan dengan ledakan energi yang singkat dan intens. Metabolisme aerobik adalah pemecahan makromolekul dengan adanya oksigen, dan dikaitkan dengan latihan intensitas rendah, serta kerja sel sehari-hari.
Metabolisme energi anaerobik terjadi dalam dua bentuk, sistem ATP-kreatin fosfat dan glikolisis cepat. Sistem ATP-kreatin fosfat menggunakan molekul kreatin fosfat yang disimpan untuk meregenerasi ATP yang telah habis dan terdegradasi menjadi bentuk energi rendah, adenosin difosfat (ADP). Kreatin fosfat menyumbangkan molekul fosfat berenergi tinggi ke ADP, sehingga menggantikan ATP yang terpakai dan memberi energi kembali pada sel. Sel-sel otot biasanya mengandung cukup banyak ATP dan kreatin fosfat yang mengambang bebas untuk memberi daya sekitar sepuluh detik aktivitas intens, setelah itu sel harus beralih ke proses glikolisis cepat.
Glikolisis cepat mensintesis ATP dari glukosa dalam darah dan glikogen di otot, dengan asam laktat yang dihasilkan sebagai produk sampingan. Bentuk metabolisme energi ini dikaitkan dengan ledakan aktivitas yang singkat dan intens &mash; seperti angkat beban atau lari cepat — ketika sistem kardio-pernapasan tidak punya waktu untuk mengirimkan oksigen yang cukup ke sel-sel yang bekerja. Sebagai glikolisis cepat berlangsung, asam laktat terakumulasi pada otot, menyebabkan kondisi yang dikenal sebagai asidosis laktat atau, lebih informal, otot terbakar. Glikolisis cepat menghasilkan sebagian besar ATP yang digunakan dari sepuluh detik hingga dua menit latihan, setelah itu sistem pernapasan-kardio memiliki kesempatan untuk mengirimkan oksigen ke otot-otot yang bekerja dan metabolisme aerobik dimulai.
Metabolisme aerobik terjadi dalam salah satu dari dua cara, glikolisis cepat atau oksidasi asam lemak. Glikolisis cepat, seperti glikolisis lambat, memecah glukosa dan glikogen untuk menghasilkan ATP. Namun, karena ia melakukannya dengan adanya oksigen, prosesnya adalah reaksi kimia yang lengkap. Sementara gycolysis cepat menghasilkan dua molekul ATP untuk setiap molekul glukosa yang dimetabolisme, gycolysis lambat mampu menghasilkan 38 molekul ATP dari jumlah bahan bakar yang sama. Karena tidak ada akumulasi asam laktat selama reaksi, glikolisis cepat tidak terkait dengan pembakaran otot atau kelelahan.
Akhirnya, bentuk metabolisme energi yang paling lambat dan paling efisien adalah oksidasi asam lemak. Ini adalah proses yang digunakan untuk menggerakkan aktivitas seperti pencernaan dan perbaikan serta pertumbuhan sel, serta aktivitas olahraga jangka panjang, seperti lari maraton atau berenang. Daripada menggunakan glukosa atau glikogen sebagai bahan bakar, proses ini membakar asam lemak yang disimpan dalam tubuh, dan mampu menghasilkan sebanyak 100 molekul ATP per unit asam lemak. Meskipun ini adalah proses berenergi tinggi yang sangat efisien, proses ini membutuhkan oksigen dalam jumlah besar dan hanya terjadi setelah 30 hingga 45 menit aktivitas intensitas rendah.