氧化磷酸化作用是指有機物包括糖、脂、氨基酸等在分解過程中的氧化步驟所釋放的能量，驅動ATP合成的過程。在真核細胞中，氧化磷酸化作用在線粒體中發生，參與氧化及磷酸化的體系以復合體的形式分布在線粒體的內膜上，構成呼吸鏈，也稱電子傳遞鏈。其功能是進行電子傳遞、H+傳遞及氧的利用，產生H2O和ATP。
擴展：這種復合體一般有四個部分組成：復合體1.NADH－Q還原酶，復合體2.琥珀酸—Q還原酶.復合體3.細胞色素還原酶.4細胞色素氧化酶。
電子在電子載體的傳遞過程為：NADH或FADH2 －－Q（泛醌）——細胞色素c——O2（形成水和ATP的過程）。
電子和質子的轉移分子
電子傳遞鏈能承載質子和電子，將電子從供體轉移到受體，并在膜間搬運質子。這些過程會使用可溶性的蛋白質結合轉移分子。在線粒體中，電子在膜間隙內由水溶性電子傳遞蛋白細胞色素c傳遞。它通過其結構中血紅素基團的一個鐵原子的還原和氧化過程傳輸電子。在某些細菌的周質空間中也發現了細胞色素c。
線粒體內膜中的脂溶性電子載體輔酶Q10（Q）通過氧化還原循環，可同時攜帶電子和質子。這個小苯醌分子疏水性很強，所以它能自由地在膜中擴散。當Q接受兩個電子和兩個質子時，它被還原為“泛酚”形式（QH2）；當QH2釋放兩個電子和兩個質子時，它被氧化為“泛醌”（Q）形式。結果，如果安排兩種酶，使得Q在膜的一側被還原，而QH2在另一側被氧化，泛醌就能耦合這些反應，并攜帶質子穿過膜。除了泛醌，一些細菌在電子傳遞鏈中還使用其他的醌類，如甲萘醌。
在蛋白質中，電子在黃素輔因子、鐵硫簇和細胞色素之間轉移。有幾種類型的鐵硫簇化合物。在電子傳遞鏈中發現的最簡單的一種包含了由兩個無機硫原子連接的兩個鐵原子；這些稱為[2Fe-2S]簇。第二種稱為[4Fe-4S]，包含了由四個鐵原子和四個硫原子組成的立方體。在這些簇中，每個鐵原子與一個額外的氨基酸配位，通常是半胱氨酸中的硫原子。金屬離子輔因子在氧化還原反應中不結合或釋放質子，因此在電子傳遞鏈中都只通過蛋白質傳輸電子。電子沿著這些輔因子鏈跳躍，在蛋白質中移動很長的距離。這些現象的本質是量子隧穿效應，在小于1.4×10米的距離內非常迅速。