Chemiosmosis là quá trình các ion hóa học di chuyển từ khu vực có nồng độ cao sang khu vực có nồng độ thấp qua màng thấm có chọn lọc. Chemiosmosis là quá trình mà ATP, hoặc adenosine triphosphate, là tổng hợp.
Trong quá trình di chuyển này, các ion hydro khuếch tán qua màng sinh học bằng cách sử dụng một protein vận chuyển, cụ thể là ATP synthase. Các proton này bắt đầu di chuyển do một gradient hình thành ở phía bên kia của màng. Sự tích tụ của các ion hydro trong khu vực có nồng độ cao hơn và sự di chuyển cưỡng bức của các ion qua màng thông qua các protein mang sẽ kích hoạt sự hình thành gradien nồng độ điện hóa. Trong khi các proton di chuyển đến phía bên kia của màng, các điện tử di chuyển qua chuỗi vận chuyển điện tử. Dòng proton và electron tái diễn này giải phóng năng lượng. Năng lượng này được sử dụng để chuyển đổi ADP, hoặc adenosine diphosphate, thành ATP. Sự chuyển đổi này được hoàn thành bởi một quá trình gọi là quá trình phosphoryl hóa. Quá trình photphoryl hóa chỉ đơn giản là việc thêm một nhóm photphat vào một phân tử hữu cơ. Chemiosmosis thường xảy ra ở lục lạp, ty thể, vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Việc tạo ra ATP thường xuyên xảy ra trong quá trình hô hấp tế bào. Giả thuyết hóa trị được Peter D. Mitchell đề xuất vào năm 1961. Năm 1978, nhà hóa học này đã được trao giải Nobel Hóa học.
