三羧酸循环也称柠檬酸循环，由一系列反应组成环形循环。起始的乙酰辅酶A与四碳的草酰乙酸形成柠檬酸。柠檬酸转变成异柠檬酸，然后脱氢、脱羧转变成α-酮戊二酸，后者再经脱氢、脱羧变成琥珀酰辅酶A。琥珀酰辅酶A转变成琥珀酸时产生1分子底物水平磷酸化的GTP。琥珀酸经过三步反应可再生成循环开始的草酰乙酸。草酰乙酸与另一分子的乙酰辅酶A结合，开始了新一轮的循环。每一次三羧酸循环，一分子的乙酰辅酶A彻底氧化分解，生成两个CO2和4对氢，氢通过电子传递链传给氧形成水的过程中，释放能量合成ATP。