生物的呼吸作用能用摄入的能量拉动氢离子不断穿过线粒体内膜的外部进入内腔中，使得内部氢离子浓度高于外部（这个差异在物理学上被称为“梯度”），这些能量被储存在里面的氢离子想要冲向外部的趋势之中（类似水往低处流，这也是一种势能）。内膜上面分布着许多ATP合成酶，将冲出来的氢离子的势能降落转化为ATP中的化学能。