ATP合酶主要由F?(伸在膜外的水溶性部分) 和Fo(嵌入膜內)組成(圖1)。不同物種來源的 ATP合酶含的亞基和數目不盡相同。以牛心線粒體 ATP合酶為例，它的F?含有僅α3、β3、γ、δ、ε共9 個亞基，Fo含a、b2、C10共13個亞基，F?與Fo之間有OSCP柄相連接，還有抑制蛋白。
線粒體F?Fo-ATP酶的總分子量約為500 ku。對大腸桿菌ATP合酶的研究較為詳盡，它的F?含5種亞基α、β、γ、δ、ε，分子量分別是55.3、50.3、31.6、19.3和14.9 ku。準量關系為α3、β3、γ、δ和ε。
F?的總分子量為382 ku。Fo由a、b、c 3種亞基組成，分子量分別為30.3、17.2和8.3 ku，準量關系為a，b2，C9-12。Fo的總分子量約為164 ku，因此大腸桿菌F?Fo一ATP酶的總分子量共為546 ku。
葉綠體ATP酶由CF?和CFo兩部分組成，它們的亞基的組成和分子量與上述兩種ATP合酶大體相似， 但又有一定的差異。