Mitokondri ve kloroplastlarda, zarın iki tarafındaki proton konsantrasyonu (yoğunluk) farkına bağlı olarak ortaya çıkan proton itici gücünün ATP sentezlenmesinde kullanılması kemiosmotik görüş ile açıklanır. Protonlar (H+ ), ATP sentezi sırasında mitokondrilerde zarlar arası boşlukta; kloroplastlarda ise tilakoit boşlukta birikir. Fotosentezde NADP+ ve hücresel solunumda NAD+ ve FAD molekülleri ile taşınan elektronlar, ETS’deki taşıyıcı moleküllere aktarılır. Elektronlar, ETS’de taşınırken yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine iniş eğilimindedirler. Yüksek enerjili elektronların ETS’de aktarımı sırasında açığa çıkan serbest enerjinin bir kısmı, ısı olarak ortama verilir. Diğer kısmı ise iç zarın çevrelediği sıvı ortamdaki protonları, ETS molekülleri aracılığı ile iç ve dış zar arasındaki boşluğa pompalamada kullanılır. Zarlar arası boşluktaki proton konsantrasyonu, iç zarın çevrelediği sıvı ortama göre daha yüksek olur. İç zarın iki tarafındaki proton konsantrasyonu farkı, bir potansiyel enerji oluşturur. Protonlar, zarlar arası boşluktan sıvı ortama dönme eğilimdedirler. Ancak iç zar, protonlar için geçirgen değildir. İç zarda yer alan ATP sentaz enzimi, protonların sıvı ortama geri dönmelerini sağlayan bir kanal oluşturur. Protonların sıvı ortama akışı, ATP sentazı aktif hâle getirir. Aktifleşen ATP sentaz, ATP sentezini gerçekleştirir. Zarlar arasındaki boşluk ile sıvı ortam arasında elektriksel yük farkı oluşur. Elektron akışı, elektron çekim gücü yüksek olan oksijen molekülüne doğrudur. Oksijen, ETS’nin son elektron alıcısıdır. Oksijenli solunumda oksijen, ETS’nin son molekülüne gelen elektronları alarak elektron akışının ve ATP molekülünün sentezinin sürdürülmesini sağlar. Elektron kazanan oksijen, elektronunu kaybetmiş bir çift proton (2H+) ile birleşerek suyu oluşturur. Oksijensiz solunumda ise sülfat, nitrat, karbonat veya demir son elektron alıcısı olarak
kullanılır.
