У людини синтез АТФ здійснюється головним чином мітохондріях Клітини, саме тому ці органоїди часто називають клітинними електростанціями.
У цілому нині цей процес називається окислювальним фосфорилированием. Він протікає і в мітохондріях еукаріотів, на внутрішній мембрані яких розташовані молекули АТФ-синтази, причому компонент F1 знаходиться в матриксі, де і протікає процес синтезу АТФ з АДФ та фосфату.
Частина енергії виділяється у вигляді теплоти, а частина акумулюється в АТФ. Синтез АТФ здійснюється в мітохондріях.
Основний синтез АТФ відбувається під час третього етапу енергетичного обміну клітки. Третій етап ще називають кисневим, тому що для його здійснення необхідний кисень. Відбувається він у мітохондріях. Там органічні молекули окислюються, а енергія запасається як АТФ.