1. Elektronentransportketen: Elektronen worden doorgegeven langs een keten van eiwitten ingebed in het binnenste mitochondriale membraan. Bij dit proces komt energie vrij, die wordt gebruikt om protonen van de mitochondriale matrix naar de intermembrane ruimte te pompen.

2. Protongradiënt: De pompende werking creëert een protongradiënt, met een hogere concentratie protonen in de intermembraanruimte dan in de matrix. Deze gradiënt vertegenwoordigt potentiële energie.

3. ATP-synthese: Protonen stromen langs hun concentratiegradiënt naar beneden en bewegen terug over het binnenste mitochondriale membraan via een eiwitcomplex dat ATP-synthase wordt genoemd. Deze stroom protonen drijft de rotatie van een deel van ATP-synthase aan, wat op zijn beurt de fosforylatie van ADP naar ATP katalyseert.

Daarom is de beweging van protonen door het binnenste mitochondriale membraan de belangrijkste drijvende kracht voor ATP-synthese tijdens chemiosmose.