指伴随着生物氧化过程的三磷酸腺苷（ATP）的生成作用。具体说，就是物质在细胞内的氧化分解与二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）转化成ATP的反应偶联。氧化磷酸化有不同的方式，其中最主要的是：ATP的生成与电子传递体系（呼吸链）的偶联，此作用在线粒体内膜上进行，是需氧生物获取ATP的主要方式。从生物体内ATP转换速度之大，可以看出氧化磷酸化的重要性。如从事经济管理工作的、一个体重70公斤的正常成年男子，每日需要消耗2800千卡能量。这些能量约需2800/7.3=384摩尔或190公斤的ATP水解来供给。但他的身体中的ATP总量仅约50克。这50克ATP必须不断分解成ADP和Pi，然后再重新生成ATP，每日如此反复数千次才能满足机体对能量的需要。实验证明，一对氢在从NADH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）到氧的呼吸链中可以产生3个ATP分子。已经分离出线粒体内膜上的ATP合成酶系，但呼吸链怎样与ADP的磷酸化作用偶联则不清楚。参见“有氧呼吸”及“无氧呼吸”条。