Door de werking van de protonenpompen is de concentratie protonen tussen de twee membranen van het mitochondrium hoger dan binnenin het mitochondrium. Dit concentratieverschil vertegenwoordigt potentiële energie. Zodra de protonen de kans krijgen, zullen ze terugstromen totdat de concentratie aan beide zijden van het membraan weer gelijk is. Je kunt dit vergelijken met de potentiële energie van water achter een stuwdam, waarmee elektriciteit kan worden opgewekt.
Het membraan van een mitochondrium bevat een molecuulcomplex dat de potentiële energie uit het concentratieverschil in protonen kan omzetten in ATP.
Dit molecuulcomplex heet ATP-ase; het zorgt voor de grote hoeveelheid ATP die bij de aerobe dissimilatie vrijkomt.
Per NADH+ H+ is er voldoende energie om 3 ATP te vormen, FADH2 levert energie voor 2 ATP.