La chimiosmose est le pompage de protons à travers des canaux spéciaux dans les membranes des mitochondries. Il en résulte un gradient de protons vers le bas que les protons voyagent spontanément. Ce mouvement d'électrons produit de l'énergie, qui est utilisée par les mitochondries pour lier les ions phosphate à l'adénosine diphosphate, créant ainsi l'adénosine triphosphate, la principale monnaie énergétique des cellules.
La chimiosmose commence par le déplacement de protons nus, ou noyaux d'hydrogène, vers une zone de concentration plus élevée, ce qui va à l'encontre des tendances normales de diffusion. En tant que tel, l'énergie doit être utilisée pour déplacer le proton. Cette énergie provient d'une chaîne de transport d'électrons. Cette chaîne de transport déplace les électrons des récepteurs d'électrons vers les donneurs d'électrons les uns après les autres. Ce mouvement de charges négatives est attractif pour les protons chargés positivement, qui suivent la chaîne. Une fois le transport des électrons terminé, les protons commencent à revenir spontanément à travers la membrane vers une concentration plus faible.
La chimiosmose se produit à la fin d'une longue série de changements chimiques complexes qui transfèrent l'énergie chimique d'une molécule à une autre, allant du glucose jusqu'à l'ATP. Si la source de nourriture n'est pas un sucre mais une graisse ou, surtout, une protéine, le processus de génération d'ATP est encore plus compliqué. Cependant, c'est la méthode utilisée par tous les eucaryotes sur Terre.
