丙酮酸的氧化分解主要分為兩個途徑，分別是有氧條件和無氧條件。在有氧條件下，丙酮酸進入線粒體，線上粒體內進行徹底的氧化分解，其產物是二氧化碳和水，並釋放出大量的能量。這一過程包括丙酮酸在水和酶的存在下徹底氧化分解成二氧化碳和水，同時釋放少量能量。有氧呼吸的第三階段中，還原氫和氧氣在酶的作用下形成水，並釋放出大量的能量，這些能量主要用於合成ATP。
在無氧條件下，丙酮酸在細胞質基質中進行不徹底的氧化分解，釋放出少量的能量。無氧呼吸的產物有兩種可能，對於絕大部分植物來說，無氧呼吸的產物是酒精和二氧化碳；而對於少部分植物和微生物，無氧呼吸的產物是乳酸。