O corpo humano é tipicamente dependente da glicose, um açúcar, para energia; mas também pode usar ácidos graxos armazenados como alternativa. A oxidação de ácidos graxos é geralmente necessária para que eles sejam uma fonte de energia; substâncias do fígado e do pâncreas permitem que gorduras ou lipídios passem das paredes intestinais para a corrente sanguínea. Quando os ácidos graxos são oxidados, as alterações geralmente ocorrem no nível atômico, que são iniciadas por várias enzimas. Os compostos também precisam ser ativados no citoplasma de uma célula; a oxidação pode ocorrer dentro das estruturas celulares chamadas mitocôndrias.
Quando necessário, a oxidação dos ácidos graxos normalmente começa quando uma enzima reage com as moléculas. Uma enzima chamada carnitina pode fazer com que os compostos gordurosos atravessem a membrana das mitocôndrias, onde ocorre a oxidação. O movimento de substâncias dentro e fora das mitocôndrias é normalmente suportado pelo ciclo de transporte da carnitina. Mais energia por átomo é normalmente produzida do que quando os carboidratos são usados para energia. As gorduras saturadas e os ácidos graxos insaturados são geralmente oxidados da mesma maneira, mas a presença de uma ligação atômica dupla requer tipicamente uma enzima adicional durante a oxidação dos ácidos graxos.
As enzimas responsáveis pela oxidação dos ácidos graxos podem ser ativadas por hormônios. As células normalmente liberam gotículas de gordura no sangue; as substâncias armazenadas na gordura são previamente quebradas por enzimas. A falta de consumo adequado de alimentos e exercícios prolongados podem provocar o corpo a iniciar essas reações. Em geral, os produtos das reações enzimáticas dos ácidos graxos são transferidos para as mitocôndrias se a carga de energia da célula for baixa, enquanto um estado de alta energia inibirá o transporte para as estruturas. Moléculas de gordura são frequentemente usadas para criar outras substâncias e lipídios para as membranas celulares.
Além de energia, a água também é produzida durante a oxidação dos ácidos graxos. Uma reação que decompõe o oxigênio e uma reação química com trifosfato de adenosina (ATP) podem causar a formação de água. O componente extra dessa reação geralmente beneficia os animais que vivem em climas secos ou que hibernam.
A oxidação de ácidos graxos às vezes ocorre a uma taxa alta; o fígado pode reagir produzindo moléculas de energia chamadas corpos cetônicos. Desequilíbrios, como os que ocorrem com diabetes, podem levar à cetoacidose, na qual as células não podem oxidar grandes quantidades de moléculas de energia do fígado e o sangue se torna ácido demais. A oxidação normal de ácidos graxos de peixes, soja e sementes normalmente repõe as substâncias que o corpo não produz por si só.