ATP er lavet af et såkaldt ATP-syntase. Både strukturen af dette gen og dets underliggende gen er bemærkelsesværdigt ens i alle kendte livsformer. Calvin-cyklussen er en af de vigtigste dele af fotosyntese.
ATP-syntase drives af en transmembran elektrokemisk potentialgradient, normalt i form af en protongradient. Elektrontransportkædens funktion er at producere denne gradient. I alle levende organismer anvendes en række reaktioner til at producere en transmembran elektrokemisk potentialgradient eller en såkaldt protonmotivkraft (pmf).reaktionerne er kemiske reaktioner, hvor elektroner overføres fra et donormolekyle til et acceptormolekyle. Den underliggende kraft, der driver disse reaktioner, er Gibbs-fri energi fra reaktanterne og produkterne. Gibbs free energy er den tilgængelige energi (“gratis”) til at udføre arbejde. Enhver reaktion, der nedsætter den samlede Gibbs-fri energi i et system, vil fortsætte spontant (i betragtning af at systemet er isobarisk og også adiabatisk), selvom reaktionen kan fortsætte langsomt, hvis den er kinetisk hæmmet.
overførslen af elektroner fra et højenergimolekyle (donoren) til et molekyle med lavere energi (acceptoren) kan rumligt adskilles i en række mellemliggende redoksreaktioner. Dette er en elektrontransportkæde.
det faktum, at en reaktion er termodynamisk mulig, betyder ikke, at den faktisk vil forekomme. En blanding af brintgas og iltgas antændes ikke spontant. Det er nødvendigt enten at levere en aktiveringsenergi eller at sænke systemets iboende aktiveringsenergi for at få de fleste biokemiske reaktioner til at fortsætte med en nyttig hastighed. Levende systemer bruger komplekse makromolekylære strukturer til at sænke aktiveringsenergierne i biokemiske reaktioner.
det er muligt at parre en termodynamisk gunstig reaktion (en overgang fra en højenergitilstand til en lavere energitilstand) til en termodynamisk ugunstig reaktion (såsom en adskillelse af ladninger eller oprettelsen af en osmotisk gradient) på en sådan måde, at systemets samlede frie energi falder (hvilket gør det termodynamisk muligt), mens nyttigt arbejde udføres på samme tid. Princippet om, at biologiske makromolekyler katalyserer en termodynamisk ugunstig reaktion, hvis og kun hvis en termodynamisk gunstig reaktion forekommer samtidigt, ligger til grund for alle kendte livsformer.Elektrontransportkæder (mest kendt som ETC) producerer energi i form af en transmembran elektrokemisk potentialgradient. Denne energi bruges til at gøre nyttigt arbejde. Gradienten kan bruges til at transportere molekyler over membraner. Det kan bruges til at udføre mekanisk arbejde, såsom roterende bakteriel flagella. Det kan bruges til at producere ATP og NADPH, højenergimolekyler, der er nødvendige for vækst.