Kjemiosmose eller oksidativ fosforylering, som prosessen også blir kalt, er det siste leddet i en fullstendig nedbrytning av glukose. Dette skjer når protonene kan komme inn i mitokondriets matriks via enzymet ATP-syntase. Dette er et enzym som kobler bevegelsen av H fra det ytre til det indre av mitokondriet med en reaksjon som fører til at ADP får festet til seg et fritt fosfat (P) og danner ATP. H vil diffundere gjennom ATP-syntase og ut i mitokondriets matriks, der konsentrasjonen av H er lavere enn i rommet mellom indre og ytre membran. Når minst 3 (ganske nøyaktig 3,3) H har diffundert igjennom skjer reaksjonen der ATP blir dannet fra ADP. Det kommer til sammen ut 32 ATP-molekyler i oksidativ fosforylering.