La fosforilación oxidativa mitocondrial y la fotofosforilación de los cloroplastos son las dos principales vías donde actúa la ATP-sintasa.
La oxidación del alimento durante la respiración libera energía química potencial que es utilizada para sintetizar ATP.
El proceso implica la fosforilación oxidativa de moléculas alimenticias como glucosa, ácidos grasos o glicerina (las más comunes).
Su función es la de atrapar la glucosa en el citosol intracelular puesto que el fosfato, por lo general, es muy impermeable a la membrana celular.
En las células hepáticas la desfosforilación se lleva a cabo en retículo endoplasmático liso y así permitir de nuevo su salida al torrente sanguíneo.