La respiración celular es el proceso mediante el cual las células convierten diversas formas de energía química en trifosfato de adenosina, o ATP, una molécula que se utiliza para «transportar» la energía celular utilizable. La respiración celular puede proceder por diferentes mecanismos basados en las condiciones del entorno celular durante el proceso de respiración. El oxígeno, por ejemplo, es un factor importante: la respiración se realiza por diferentes mecanismos en condiciones aeróbicas, o condiciones en las que el oxígeno está presente, que en condiciones anaeróbicas, o condiciones en las que el oxígeno no está presente. Algunos organismos pueden cambiar entre los modos de respiración aeróbico y anaeróbico en función de las condiciones ambientales, aunque en tales casos la respiración anaeróbica generalmente no es sostenible durante un largo período de tiempo.
La respiración aeróbica es la respiración celular que requiere oxígeno. Los humanos y muchos otros organismos hacen uso de esta forma de respiración porque las propiedades químicas del oxígeno permiten una transferencia de energía muy eficiente. El oxígeno para la respiración celular aeróbica se proporciona a través de la respiración; cuando la ingesta de oxígeno es insuficiente para proporcionar suficiente oxígeno, se deben utilizar mecanismos anaeróbicos a corto plazo para complementar los mecanismos aeróbicos.
Las materias primas utilizadas durante los procesos de respiración de transferencia de energía se proporcionan a través del consumo de alimentos, que se descomponen en una forma química que se puede utilizar durante las reacciones que ocurren durante la respiración. Cabe señalar que la respiración celular en sí misma requiere energía, ya que se usa algo de ATP para que se pueda producir más.
En algunos casos, la respiración celular aeróbica no es suficiente para proporcionar toda la energía requerida para las necesidades celulares del cuerpo. Esto es común cuando uno se dedica a prácticas atléticas que gravan mucho los músculos. Los mecanismos aeróbicos no son capaces de satisfacer las necesidades energéticas de los músculos, por lo que se activa un proceso denominado fermentación para complementar la producción de energía. Este proceso es mucho menos eficiente que su contraparte aeróbica, produciendo solo dos moléculas de ATP por molécula de glucosa utilizada, en comparación con las 38 producidas a través de los mecanismos aeróbicos. También produce una gran cantidad de residuos ricos en energía que no se pueden descomponer en una forma utilizable a través de la fermentación.
Algunos organismos viven en condiciones anaeróbicas y, en consecuencia, tienen procesos de respiración celular que no incluyen oxígeno. Algunos de estos organismos realmente morirán en presencia de oxígeno; dichos organismos se denominan anaerobios obligados. La mayoría de los organismos que utilizan principalmente estos mecanismos de respiración celular son pequeños y no complejos, y tienden a carecer de necesidades energéticas como el movimiento muscular y los procesos digestivos complejos.