氧化磷酸化过程中，ATP合成酶的结构至关重要。其质子通道和转动轴以蓝色示出，合成酶亚基为红色，固定亚基则呈现黄色。在这个过程中，食物分子中的电子通过柠檬酸循环等代谢途径传递给氧气，释放的能量通过ATP储存。在真核生物中，这一系列反应在线粒体膜上的电子传递链上进行；而在原核生物中，相关蛋白则位于细胞内膜上。这些蛋白质利用从还原性分子（如NADH）到氧气的电子转移产生的能量，驱动质子跨膜移动，形成质子浓度梯度，进而驱动ATP合成酶的工作，生成ATP。
无机物能量化能营养是一种原核生物特有的代谢机制，它们通过氧化无机物质获取能量，如氢、硫化物等。这些过程对乙酸生成、硝化和反硝化等生物地质化学循环至关重要，且对土壤肥沃性有影响。
光合作用则利用太阳光的能量，植物、蓝藻等生物能捕获光能，并将其转化为有机物。在这个过程中，光能获取与碳固定关联，而光合作用的原核生物可以独立运行。光合作用与氧化磷酸化的相似之处在于，两者都涉及能量以质子梯度形式存在，驱动ATP合成。捕光蛋白在光合反应中心捕获光能，根据光合色素类型分为去镁叶绿素-醌型和铁-硫型。
在光合作用中，光系统I和II等蛋白质复合物发挥关键作用。例如，光系统II利用光能从水中提取电子并产生氧气，随后的电子流通过细胞色素b6f复合物，驱动质子泵出类囊体膜，形成ATP。光系统I的电子则参与卡尔文循环或合成更多ATP。
代谢是生物体内所发生的用于维持生命的一系列有序的化学反应的总称。这些反应进程使得生物体能够生长和繁殖、保持它们的结构以及对外界环境做出反应。代谢通常被分为两类：分解代谢可以对大的分子进行分解以获得能量（如细胞呼吸）；合成代谢则可以利用能量来合成细胞中的各个组分，如蛋白质和核酸等。代谢可以被认为是生物体不断进行物质和能量交换的过程，一旦物质和能量的交换停止，生物体的结构和系统就会解体。