ATP synthase phosphoryl hóa ADP để tạo ra ATP. Enzyme này được nhúng trong màng trong của ti thể. ATP synthase còn được gọi là F0F1-ATPase vì nó bao gồm hai phần: một phần F0 nằm trong màng và một phần F1-ATPase nằm trong chất nền của ti thể.
Để phosphoryl hóa ADP, các proton đi vào phức hợp ATP synthase từ vùng giữa màng trong và màng ngoài của ti thể. Quá trình proton đi vào kênh proton của phần F0 của enzym tạo ra năng lượng để cung cấp năng lượng cho quá trình thêm nhóm photphat vào ADP bởi phần F1-ATPase.
Năng lượng từ các proton đi vào kênh proton cũng làm quay một phần của F1-ATPase được gọi là cuống trung tâm. Khi cuống trung tâm quay, một nhóm photphat được thêm vào ADP và sau đó phân tử ATP mới được tổng hợp được giải phóng.
