ATP sentaz, ATP'yi yapmak için ADP'yi fosforile eder. Bu enzim mitokondrinin iç zarına gömülür. ATP sentazına F0F1-ATPase de denir, çünkü iki kısımdan oluşur: membranda oturan bir F0 kısmı ve mitokondri matrisinde yer alan bir F1-ATPase bölümü.
ADP'yi fosforile etmek için protonlar, mitokondrinin iç ve dış zarları arasındaki bölgeden ATP sentaz kompleksine girerler. Enzimin F0 kısmının proton kanalına giren protonlar, F1-ATPase kısmı tarafından ADP'ye bir fosfat grubu ekleme işlemini güçlendirmek için enerji yaratır.
Proton kanalına giren protonlardan gelen güç aynı zamanda F1-ATPase'in merkezi sap olarak adlandırılan kısmını da döndürür. Santral sap döndüğünde, ADP'ye bir fosfat grubu eklenir ve daha sonra yeni sentezlenen ATP molekülü serbest bırakılır.
