Der menschliche Körper ist in der Regel von Glukose, einem Zucker, zur Energiegewinnung abhängig; alternativ können aber auch gespeicherte Fettsäuren verwendet werden. Die Oxidation von Fettsäuren ist im Allgemeinen notwendig, damit sie eine Energiequelle darstellen; Substanzen aus der Leber und der Bauchspeicheldrüse ermöglichen, dass Fette oder Lipide von den Darmwänden in die Blutbahn gelangen. Bei der Oxidation von Fettsäuren treten typischerweise Veränderungen auf atomarer Ebene auf, die von verschiedenen Enzymen initiiert werden. Die Verbindungen müssen auch im Zytoplasma einer Zelle aktiviert werden; Die Oxidation kann dann in zellulären Strukturen stattfinden, die Mitochondrien genannt werden.
Wenn es erforderlich ist, beginnt die Oxidation von Fettsäuren normalerweise, indem ein Enzym mit den Molekülen reagiert. Ein Enzym namens Carnitin kann die Fettverbindungen dazu bringen, die Membran der Mitochondrien zu passieren, wo die Oxidation stattfindet. Der Transport von Substanzen in und aus den Mitochondrien wird typischerweise durch den Carnitin-Transportzyklus unterstützt. Normalerweise wird mehr Energie pro Atom produziert, als wenn Kohlenhydrate zur Energiegewinnung verwendet werden. Gesättigte Fette und ungesättigte Fettsäuren werden normalerweise auf die gleiche Weise oxidiert, aber das Vorhandensein einer Doppelatombindung erfordert typischerweise ein zusätzliches Enzym während der Oxidation von Fettsäuren.
Enzyme, die für die Fettsäureoxidation verantwortlich sind, können durch Hormone aktiviert werden. Zellen geben typischerweise Fetttröpfchen in das Blut ab; im Fett gespeicherte Stoffe werden zuvor durch Enzyme aufgebrochen. Ein Mangel an ausreichender Nahrungsaufnahme und lange Bewegung können den Körper dazu bringen, diese Reaktionen auszulösen. Im Allgemeinen werden die Produkte von Enzymreaktionen von Fettsäuren in die Mitochondrien transportiert, wenn die Energieladung der Zelle gering ist, während ein hoher Energiezustand den Transport in die Strukturen hemmt. Stattdessen werden Fettmoleküle oft verwendet, um andere Substanzen und Lipide für die Zellmembranen zu erzeugen.
Bei der Oxidation von Fettsäuren entsteht neben Energie auch Wasser. Sowohl eine sauerstoffabbauende Reaktion als auch eine chemische Reaktion mit Adenosintriphosphat (ATP) können zur Bildung von Wasser führen. Die zusätzliche Komponente dieser Reaktion kommt oft Tieren zugute, die in trockenen Klimazonen leben oder Winterschlaf halten.
Die Fettsäureoxidation tritt manchmal mit hoher Geschwindigkeit auf; die Leber kann dann reagieren, indem sie Energiemoleküle produziert, die Ketonkörper genannt werden. Ungleichgewichte, wie sie bei Diabetes auftreten, können zu einer Ketoazidose führen, bei der die Zellen keine großen Mengen an Leberenergiemolekülen oxidieren können und das Blut zu sauer wird. Durch die normale Oxidation von Fettsäuren aus Fisch, Sojabohnen und Samen werden normalerweise Substanzen wieder aufgefüllt, die der Körper nicht selbst herstellen kann.