ATP（腺苷三磷酸）是細胞內主要的能量貨幣，在細胞內起著至關重要的角色，其合成主要涉及以下兩種途徑：
氧化磷酸化。這是線上粒體內膜上通過電子傳遞鏈釋放的能量轉換過程中發生的。這個過程首先將食物分子（如葡萄糖、脂肪或蛋白質）的能量轉化為ATP，具體來說，線粒體內的ATP合酶利用電子傳遞鏈產生的能量，將ADP和磷酸（Pi）轉化為ATP。
底物水平磷酸化。在這個途徑中，細胞內的某些代謝過程產生的能量直接用於ADP和Pi的磷酸化反應，生成ATP。
ATP合酶（FoF₁-ATP酶）是催化ATP合成的關鍵酶，它位於線粒體內膜、葉綠體類囊體以及某些細菌的質膜上。這種酶的結構複雜，包括嵌入膜內的疏水部分（Fo）和突出於膜外的親水部分（F1），在氧化磷酸化或光合磷酸化過程中，質子動力勢驅動ATP的合成。