Oxy được sử dụng làm chất nhận điện tử trong chuỗi vận chuyển điện tử của quá trình hô hấp hiếu khí để tạo ra adenosine triphosphate, hoặc ATP. Hợp chất này là một thành phần thiết yếu trong quá trình truyền năng lượng nội bào. Hô hấp tế bào hiếu khí trái ngược trực tiếp với hô hấp kỵ khí, không cần oxy.
Hô hấp tế bào, dù là hiếu khí hay kỵ khí, là một quá trình trao đổi chất nhằm chuyển hóa năng lượng dinh dưỡng thành ATP và các chất thải. Trong cơ thể con người, điều này được chuyển hóa thành việc phân hủy thức ăn thành năng lượng được lưu trữ dưới dạng đường và sau đó sử dụng đường đó để tạo ra ATP, cho phép các tế bào thực hiện các chức năng sống quan trọng. ATP về bản chất là "tiền tệ năng lượng" cho phép diễn ra quá trình chuyển giao năng lượng giữa đường và tế bào. Hô hấp hiếu khí sử dụng oxy thu thập được trong quá trình hô hấp giải phẫu (hoặc hô hấp) để tạo điều kiện tổng hợp ATP. Với vai trò này, oxy là chất nhận điện tử trong chuỗi vận chuyển điện tử để tổng hợp ATP từ các chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, để hoàn thành quá trình tổng hợp ATP, cũng cần phải có nhiều loại enzym bổ sung, chủ yếu là ATP synthase.Quá trình hô hấp tế bào hiếu khí và vai trò của oxy trong nó có lẽ được hiểu rõ nhất bằng cách đối chiếu chúng với quá trình hô hấp tế bào kỵ khí. Hô hấp kỵ khí diễn ra khi sinh vật chuyển hóa chất dinh dưỡng thành ATP mà không có sự hiện diện của oxy trong chuỗi vận chuyển điện tử. Thay vào đó, các chất như fumarate, nitrat, sulfat hoặc lưu huỳnh được sử dụng.
