Alle Materie besteht aus Molekülen. Viele Moleküle können fast unbegrenzt friedlich nebeneinander existieren. Einige Moleküle lösen jedoch eine Art Reaktion aus, wenn sie mit bestimmten Molekülen in Kontakt kommen. Damit diese Reaktion ablaufen kann, müssen die Moleküle extrem nahe beieinander und in einer bestimmten Ausrichtung gebracht werden. An vielen Reaktionen ist auch Aktivierungsenergie beteiligt, da Reaktionen typischerweise auch das Aufbrechen bereits bestehender Bindungen beinhalten.
Aufgrund der Stärke der Bindungen, die aufgebrochen werden müssen, wird oft eine beträchtliche Menge an Energie benötigt, um eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen. Die Menge an Aktivierungsenergie, die zum Starten einer Reaktion benötigt wird, wird oft als Energiebarriere bezeichnet. Diese Energie wird selten durch die kollidierenden Moleküle bereitgestellt, daher sind andere Faktoren erforderlich, um den Molekülen zu helfen, die Energiebarriere zu überwinden und die chemische Reaktion zu erleichtern. Wärme, ein physikalischer Faktor, und die Zugabe eines geeigneten Enzyms, ein chemischer Faktor, sind zwei Beispiele für Faktoren, die Moleküle aktivieren.
Hat eine chemische Reaktion einmal begonnen, setzt sie oft genug Energie frei, meist in Form von Wärme, um die nächste Reaktion zu aktivieren und so weiter in einer Kettenreaktion. Genau das passiert bei einem Brand. Holz kann jahrelang in einem Holzstapel liegen, ohne spontan in Flammen aufzugehen. Einmal angezündet, durch einen Funken aktiviert, verbraucht es sich buchstäblich selbst, da die freigesetzte Wärme die Aktivierungsenergie liefert, um den Rest des Holzes am Brennen zu halten. Das Erhitzen einer Mischung erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit.
Bei den meisten biologischen Reaktionen ist eine Erwärmung unpraktisch, da die Körpertemperatur auf einen sehr kleinen Bereich begrenzt ist. Wärme lässt sich nur sehr bedingt nutzen, um die Energiebarriere zu überwinden, bevor Zellen geschädigt werden. Damit die Reaktionen für das Leben stattfinden können, müssen Zellen Enzyme verwenden, um die Aktivierungsenergie von Reaktionen selektiv zu senken.
Enzyme sind Proteinmoleküle, die als biologische Katalysatoren wirken. Ein Katalysator ist ein Molekül, das eine chemische Reaktion beschleunigt, aber am Ende der Reaktion unverändert bleibt. Fast jede Stoffwechselreaktion, die in einem lebenden Organismus abläuft, wird durch ein Enzym katalysiert. Enzyme haben präzise dreidimensionale Formen und besitzen ein aktives Zentrum, an dem sich ein Molekül an das Enzym anlagern kann. Die Form des aktiven Zentrums ermöglicht es bestimmten Molekülen, sich perfekt daran zu binden, sodass jede Enzymart normalerweise nur auf eine Molekülart, das sogenannte Substratmolekül, einwirkt. Reaktionen, die durch Enzyme katalysiert werden, laufen bei viel niedrigeren Temperaturen schnell ab als ohne sie.
Während der Atmung reagieren beispielsweise Glukosemoleküle mit Sauerstoffmolekülen und werden zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut und Energie freigesetzt. Da Glucose und Sauerstoff von Natur aus nicht reaktiv sind, muss eine kleine Menge Aktivierungsenergie zugeführt werden, um den Atmungsprozess zu starten. Wenn eines der Substratmoleküle an das erforderliche Enzym bindet, ändert sich die Form des Moleküls geringfügig. Dies wiederum erleichtert es diesem Molekül, an andere Moleküle zu binden oder in das Produkt der Reaktion überzugehen. Als solches hat das Enzym die Aktivierungsenergie der Reaktion reduziert oder den Ablauf der Reaktion erleichtert.
Ohne die Energiebarriere wären die komplexen hochenergetischen Moleküle, von denen das Leben abhängt, instabil und würden viel leichter zerfallen. Die Aktivierungsenergiebarriere verhindert daher, dass die meisten Reaktionen stattfinden. Dies gewährleistet eine stabile Umgebung für alle Lebewesen.