物质在生物体内进行的氧化过程称为生物氧化（biological oxidation），主要指糖、脂肪、蛋白质等营养物质在生物体内彻底氧化生成二氧化碳和水并释放能量的过程。具体而言，营养物质在分解代谢中脱氢交给NAD ⁺和FAD后，氢原子（H ⁺和电子）在线粒体内膜上经过一系列的传递过程，最终传递给氧，生成水，同时释放能量，使ADP磷酸化生成ATP，供生命活动需要。

细胞线粒体内和线粒体外均可进行生物氧化，但过程不同。线粒体内的生物氧化产能并伴有ATP的生成。而在线粒体外如微粒体、过氧化物酶体、内质网等的氧化不伴有ATP的生成，主要与药物、毒物、或代谢物的生物转化有关。本章重点介绍线粒体内的生物氧化。