Завершающий этап клеточного дыхания происходит внутри митохондрий, в специализированной мембранной системе, называемой внутренней митохондриальной мембраной. Конкретно, этот этап происходит в матриксе митохондрий - жидкой внутренней части митохондрий, где расположены ферменты, необходимые для производства энергии.

В завершающем этапе клеточного дыхания молекулы NADH и FADH2, полученные в результате предыдущих этапов клеточного дыхания, окисляются в цепи транспорта электронов, расположенной на внутренней митохондриальной мембране. В результате этой окислительной фосфорилирования, происходит синтез молекул АТФ, которые используются клеткой в качестве основного источника энергии для большинства жизненно важных процессов.