En biologie moléculaire, la phosphorylation oxydative est le processus permettant la phosphorylation de l'ADP en ATP grâce à l'énergie libérée par l'oxydation de donneurs d'électrons par la chaîne respiratoire. Ce processus est commun à presque tous les organismes aérobies malgré le fait que ces derniers se nourrissent d'une grande variété de nutriments différents qui sont oxydés à travers des voies métaboliques très diverses. Il permet aux cellules de régénérer leurs coenzymes réduites par les réactions du catabolisme telles que le cycle de Krebs et la ß-oxydation des acides gras, et permet de récupérer sous forme d'ATP l'énergie libérée par la respiration cellulaire. Son rendement énergétique est sensiblement meilleur que celui de la glycolyse ou de la fermentation anaérobie.