脂肪酸的氧化過程是一箇多階段的代謝過程，主要包括脂肪酸的活化、脂肪酸的轉移、β-氧化以及最終的產物利用。以下是詳細介紹：
脂肪酸的活化。在ATP、CoA-SH、Mg2+的參與下，脂肪酸被活化酶催化生成脂酰CoA，這個過程使得脂肪酸分子含有高能硫酯鍵，使其更易於參與後續的代謝反應。
脂肪酸的轉移。活化的脂酰CoA需要進入線粒體基質才能進行氧化分解，由於線粒體內膜的屏障作用，長鏈脂酰CoA不能自由通過，此時，肉鹼（L-肉鹼）作爲載體，將脂酰CoA轉化爲脂酰肉鹼，隨後脂酰肉鹼進入線粒體基質，並釋放肉鹼。
β-氧化過程。在β-氧化過程中，脂酰CoA經歷一系列的化學反應，包括脫氫、加水、再脫氫和硫解，最終生成乙酰CoA，這是脂肪酸氧化的核心步驟，乙酰CoA隨後進入三羧酸循環，徹底氧化分解成二氧化碳和水，釋放能量。
此外，脂肪酸的氧化主要在肝和肌肉中進行，而在神經組織中，這一過程較爲低下。