有氧呼吸产生的还原氢在第二阶段，这个阶段丙酮酸进入线粒体的基质中，两分子丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下，共脱下20个[H]，反应式：2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量(2ATP)（20[H]为16NADH和4FADH2）。

第三阶段在线粒体的内膜上，前两阶段脱下的共24个[H]与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6个O2结合成水；在此过程中释放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。反应式：24[H]+6O2酶→12H2O+大量能量(34ATP)（24[H]为10*2NADH和2*FADH2）。1NADH生成2.5ATP（旧为3ATP），1FADH2生成1.5ATP（旧为2ATP）。[H]是一种十分简化的表示方式。这一过程中实际上是氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成还原性辅酶Ⅰ（NADH+H+），和FAD+转化为FADH2。