Proces, w którym gradient elektrochemiczny generowany w wyniku przepływu protonów przez błony komórkowe jest wykorzystywany do syntezy ATP z ADP i fosforanu nieorganicznego. Zachodzi podczas oddychania tlenowego – fosforylacja oksydacyjna (błona wewnętrzna mitochondrium) oraz w trakcie procesu fotosyntezy – fosforylacja fotosyntetyczna (chloroplasty, błony tylakoidów).