Sled na sebe navazujících redoxních systémů na vnitřní membráně mitochondrie, které přenáší redukční ekvivalenty (H+ nebo elektrony) přenášené na koenzymy NAHD a FADH2 a odtud do redoxních komplexů až na molekulární kyslík (který se do mitochondrií dostane z hemoglobinu) za vzniku vody. Postupně uvolňovaná energie se transformuje v napojeném pochodu aerobní fosforylace do molekul ATP. O sledu přenašečů v dýchacím řetězci rozhoduje jejich E0 jednotlivých redoxních párů. Elektrony a protony se do dýchacího řetězce přenáší cestou:
NAD+ (nikotinamidadenindinukleotid) – nikotinamid + adenin + dvě molekuly ribózy + dva fosfáty. Dva vodíky ze substrátu vytvoří hydridový aniont a vodíkový kationt. Aniont se váže na dusík nikotinamidu, atom vodíku se připojí na uvolněnou vazbu v poloze 4 a proton se uvolní do prostředí (hydrogenovaný se proto značí jako NAD +H+). Hydrogenovaný koenzym se reoxiduje a předává redukční ekvivalenty následujícímu přenašeči.
Flavinové dehydrogenázy – kofaktor jako celek je FMN (flavin mononukleotid), který vzniká z riboflavinu (isoaloxázový skelet – ribitol – fosfát). Jestliže se na něj naváže AMP, vznikne FAD (flavinadenin dinukleotid), který může vstoupit do dýchacího řetězce obejitím NAD+. FMN i FAD přijímají dva atomy vodíku za vzniku FMNH2 a FADH2.
Koenzym Q – derivát hydrochinonu (anglicky quinon) s dlouhým padesátiuhlíkovým řetězcem isoprenové povahy (tedy 10x 5 uhlíkových zbytků). Podstatou redukce a reoxidace je vazba elektronů a protonů na kyslík.
Komplex I přijímá elektrony z NADH a cestou koenzymu Q je předá komplexu III, který je cestou cytochromu c předá na cytochrom c oxidázu (komplex IV) a ta je předá na dvouatomovou molekulu kyslíku, který redukuje na molekulu vody. Komplex II přijímá elektrony ze sukcinátu z citrátového cyklu pomocí FAD, ty předává přes koenzym Q na komplex III.
Při přenosu dvou elektronů z mitochondriálního NADH až na kyslík se uvolní na vnější stranu vnitřní mitochondriální membrány deset protonů (čtyři z komplexu I, čtyři z komplexu III a dva z komplexu IV). Napříč vnitřní mitochondriální membránou vzniká výrazný H+ gradient, přičemž ionty přechází pouze kanálkem mitochondriální ATP syntázy (komplex V). Díky energii získané tímto gradientem se fosforyluje ADP na ATP, tak, že ze zmíněných deseti protonů se fosforylují tři molekuly ADP na ATP. Tedy 2 elektrony = 10 protonů = 3 molekuly ATP (podrobný mechanismus přesahuje rámec tohoto sdělení). Dýchací řetězec inhibuje kyanid (komplex IV) a CO (hem a3 v komplexu IV).