Chemiosmosis là quá trình bơm proton qua các kênh đặc biệt trong màng của ti thể. Điều này dẫn đến một gradient proton đi xuống mà proton di chuyển một cách tự nhiên. Sự chuyển động này của các electron tạo ra năng lượng, được sử dụng bởi ti thể để liên kết các ion photphat với adenosine diphosphat, tạo ra adenosine triphosphat, đơn vị tiền tệ năng lượng chính của tế bào.
Chemiosmosis bắt đầu bằng việc di chuyển các proton trần, hoặc hạt nhân hydro, đến một khu vực có nồng độ cao hơn, hoạt động chống lại các xu hướng khuếch tán bình thường. Như vậy, năng lượng phải được sử dụng để di chuyển proton. Năng lượng này đến từ một chuỗi vận chuyển điện tử. Chuỗi vận chuyển này lần lượt di chuyển các điện tử từ vật nhận điện tử đến vật cho điện tử. Sự chuyển động của các điện tích âm này hấp dẫn đối với các proton mang điện tích dương, chúng theo chuỗi. Khi quá trình vận chuyển điện tử kết thúc, các proton bắt đầu di chuyển trở lại một cách tự nhiên qua màng về phía có nồng độ thấp hơn.
Chemiosmosis xảy ra vào cuối một chuỗi dài các biến đổi hóa học phức tạp giúp chuyển năng lượng hóa học từ phân tử này sang phân tử khác, từ glucose đến ATP. Nếu nguồn thức ăn không phải là đường mà là chất béo hoặc đặc biệt là protein thì quá trình tạo ATP còn phức tạp hơn. Tuy nhiên, đây là phương pháp được sử dụng bởi mọi sinh vật nhân chuẩn trên Trái đất.
