线粒体作为细胞的能量工厂，其主要功能所涉及的呼吸链（Respiratory Chain），是由一系列递氢反应和递电子反应按照一定顺序排列所组成的连续反应体系，又被称为电子传递链。呼吸链反应在将代谢物脱下的氢原子生成水的同时，合成大量ATP分子，为机体各类代谢提供所需能量。
线粒体呼吸链位于线粒体内膜上，由5个复合物组成：复合物Ⅰ（NADH-Q氧化还原酶）、复合物Ⅱ（琥珀酸-Q氧化还原酶）、复合物Ⅲ（UQ-细胞色素C氧化还原酶）、复合物Ⅳ（细胞色素C氧化酶）、复合物Ⅴ（ATP合成酶）。
呼吸链将代谢物脱下的成对氢原子交给氧生成水，同时有ATP生成。线粒体呼吸链上所有进行电子传递的辅基包括：NADH、FAD、FMN、铁硫中心、泛醌、铜中心以及细胞色素 α、α3、bH、bL、c、c1。相应的酶类和辅基相互结合，形成功能相对独立的呼吸链蛋白复合物。
线粒体呼吸链示意图
| 复合物 | 简称 | 核心功能 | 检测原理 |
|---|---|---|---|
| Ⅰ | NADH脱氢酶 | 催化一对电子从NADH传递给CoQ，是呼吸链产生O₂⁻的主要部位 | 340nm下测定NADH氧化速率 |
| Ⅱ | 琥珀酸脱氢酶 | 催化琥珀酸氧化生成延胡索酸，FAD→FADH₂，是呼吸链支路 | 605nm下检测2,6-二氯吲哚酚的减少速率 |
| Ⅲ | 细胞色素c还原酶 | 把还原型CoQ的氢传递给细胞色素C，生成还原型细胞色素C | 550nm光吸收增加速率 |
| Ⅳ | 细胞色素c氧化酶 | 催化还原型细胞色素C的氧化，最终把电子传递给氧生成水 | 550nm光吸收下降速率 |
| Ⅴ | ATP合成酶 | 利用质子电化学梯度催化ATP合成，也可逆过程水解ATP | 通过测定Pi增加速率来测定活性 |
