有氧呼吸產生的還原氫在第二階段，這個階段丙酮酸進入線粒體的基質中，兩分子丙酮酸和6個水分子中的氫全部脫下，共脫下20個[H]，反應式：2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量(2ATP)（20[H]為16NADH和4FADH2）。

第三階段在線粒體的內膜上，前兩階段脫下的共24個[H]與從外界吸收或葉綠體光合作用產生的6個O2結合成水；在此過程中釋放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，產生大量的能量。這一階段需要氧的參與，是在線粒體內膜上進行的。反應式：24[H]+6O2酶→12H2O+大量能量(34ATP)（24[H]為10*2NADH和2*FADH2）。1NADH生成2.5ATP（舊為3ATP），1FADH2生成1.5ATP（舊為2ATP）。[H]是一種十分簡化的表示方式。這一過程中實際上是氧化型輔酶Ⅰ（NAD+）轉化成還原性輔酶Ⅰ（NADH+H+），和FAD+轉化為FADH2。