光合成の光化学反応は、化学浸透作用によってATPを産生する。日光からの光子は光化学系IIのアンテナ複合体によって受容され、電子を高エネルギー状態へ励起する。電子は電子伝達系を移動し、チラコイド膜を越えてチラコイドルーメンへのプロトンの能動輸送を引き起こす。その後、プロトンは電気化学的勾配に従ってATP合成酵素を通って移動し、ADPのリン酸化によってATPを合成する。最初の光化学反応からの電子は光化学系Iに到達し、光エネルギーによって高エネルギー状態へ励起され、電子受容体によって受容されてNADP+をNADPHへ還元する。光化学系IIから失われた電子は、水の酸化（酸素発生複合体によるプロトンと酸素への「分割」）によって置換される。1分子の二原子酸素を産生するためには、10個の光子が光化学系I、IIに吸収され、4個の電子が2つの光化学系を通過する必要があり、2分子のNADPHが産生される。NADPHはカルビン回路での二酸化炭素の固定に利用される。
酸素存在下でのグルコースの完全な分解は、細胞呼吸と呼ばれてている。この過程の最終段階はミトコンドリアで行われる。NADHやFADH₂といった還元分子はクレブス回路、解糖系、ピルビン酸の加工によって産生される。これらの分子は電子伝達系に電子を受け渡し、そのエネルギーはミトコンドリア内膜を挟んだプロトン勾配を作り出すために利用される。その後、ATP合成酵素はプロトン勾配の形で貯蔵されたエネルギーを利用してATPを合成する。この過程は、NADHやFADH₂の酸化によって放出されたエネルギーを用いてADPをATPへリン酸化することから、酸化的リン酸化と呼ばれる。
ピーター・ミッチェルは1961年に化学浸透仮説を提唱した。その理論は、呼吸を行う細胞でのATP合成のエネルギーの大部分は、グルコースなどの高エネルギー分子の分解によって形成されたNADHやFADH₂のエネルギーを利用した、ミトコンドリア内膜を挟んだ電気化学的勾配に由来することを示唆するものであった。グルコースのような分子は代謝によって、高エネルギー中間体としてアセチルCoAを産生する。ミトコンドリアマトリックスにおけるアセチルCoAの酸化は、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD）やフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）といったキャリア分子の還元と共役している。キャリア分子はミトコンドリア内膜の電子伝達系に電子を伝達し、その後電子伝達系の他のタンパク質へと伝達されてゆく。エネルギーはマトリックスからプロトンを汲み出すために用いられ、エネルギーは膜を挟んだ電気化学的勾配の形で貯蔵される。プロトンはATP合成酵素を通って内膜を越えてマトリックスへ戻る。ATP合成酵素を経由して戻るプロトンの流れは、ADPと無機リン酸を結合させてATPを形成するのに十分なエネルギーを提供する。電子伝達系の最後のポンプで電子とプロトンは酸素分子に取り込まれ、水分子が形成される。この理論は当時としては急進的な提案であり、良く受け入れられなかった。当時広く行き渡っていたのは、電子伝達のエネルギーは安定な高ポテンシャル中間体として貯蔵される、というより保守的な考えであった。この古いパラダイムの問題点は、そのような高エネルギー中間体が見つかっていないこと、そして電子伝達系によるプロトンの汲み上げの証拠が無視できないほど強くなっていたことであった。次第に化学浸透仮説を支持する証拠が積み上げられていき、1978年にミッチェルはノーベル化学賞を受賞した。化学浸透との共役は、ミトコンドリア、葉緑体、そして多くの細菌と古細菌におけるATP産生で重要である。
2007年3月18日（日） 12時45分頃、展示物の目玉である金塊100.5kg（純度99.99%、当時時価約2億7000万円）が、白昼堂々と覆面を被った3人組の男に奪われ、男に突き倒された女性従業員が軽いけがを負う強盗傷害事件が発生した。当時、館内にいたのは女性従業員3人のみで警備員は常駐しておらず、犯行の様子は館内の防犯ビデオに録画されており、日本国内のみならず海外でも報道された。2007年6月18日、岐阜県警察は主犯格の男と共犯の男を盗品等有償処分あっせん容疑で逮捕し、6月28日に強盗傷害容疑で再逮捕した。また、もう1人の共犯も2008年3月18日に強盗傷害容疑で逮捕されている。なお主犯格の男は、1996年と1997年に福岡・山口・大分の各県で計5件の窃盗・強盗事件を起こしており、懲役8年の実刑判決を受けていた。また2006年2月に道の駅鯛生金山の地底博物館から、黄金鯛が盗まれた事件にも関わっていた。2008年3月28日、岐阜地方裁判所で主犯格の男に対する判決公判が開かれ、大橋コレクション館から金塊を強奪した強盗傷害罪と、地底博物館から黄金鯛を盗んだ窃盗罪により、懲役18年を求刑されていた男に対して、懲役16年の実刑判決が言い渡された。共犯の裁判も同じく岐阜地裁で行われ、逃走用車両を盗むなどして強盗傷害罪などに問われた男に対しては、2008年3月8日に開かれた判決公判で、懲役8年の実刑判決が言い渡された。また金塊を運び出すなどして強盗傷害罪などに問われた男に対しては、10月3日に懲役11年の実刑判決が言い渡された。2008年4月4日、返還された金塊が大橋コレクション館で一般公開された。金塊の一部は強奪犯によって売却されていたため、返還された金塊は71.7kg（時価2億2000万円）であり、バーナーを用いて溶解するという手荒な手口で処分されていたため、写真のように複数の塊となっており、強奪前の金塊を模したレプリカと共に公開された。