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  對真核生物來說,組成丙酮酸去氫酶複合物的三種酶及五種輔酶皆位在粒線體中;對原核生物來說,則是位在細胞質裡。這些酶除了組合在一起之外,還能夠重複地組成更大的蛋白質群。  組成丙酮酸去氫酶複合物的三種酶分別是:  五種輔酶則是:  硫胺素焦磷酸(TPP)位在在E1的活化位置上,其主要構造是噻唑環(thiazole ring),組成TPP的必要物質是硫胺素(也就是維生素B)。  E2含有三種功能不同的區域,第一個區域稱為硫辛醯區(Lipoyl domain),位在E2蛋白質的氨基端(N-terminal)上。硫辛酸形成的硫辛醯基(Lipoyl group)與離胺酸形成的離胺酸殘基(residue)會組成硫辛醯基離胺酸,是E2的輔成基。這個區的數目在依照物種的不同而有變異。第二個區域是負責E2與E3、以及E2與E1之間連結的區域,稱為連線區(Binding domain)。第三個區域最靠近複合物內部,稱為乙醯基轉移酶區(acyltransferase domain),能使乙醯基轉移。不同區域之間會相隔20到30個不等的氨基酸。  E3上則有黃素腺嘌呤雙核苷酸(FAD),而組成FAD的主要物質,是核黃素(維生素B)。另外NAD中含有菸鹼酸(維生素B),CoA的組成物之一則是泛酸(Pantothenate;維生素B)。

  哺乳類動物體內的丙酮酸脫氫酶複合物直徑大小,大約是50奈米,約是核糖體的5倍大,可以在電子顯微鏡下直接觀察其外觀。分析電子顯微鏡照片與晶體繞射的結果,可以得出一個模型,模型顯示在複合體的外圍是E1,內部則是E2與E3。E2的形狀為五角十二面體,直徑大約25奈米。在牛科動物細胞裡是以60個單位來組成一個核心;在大腸桿菌中則是以24個E2單位組成。另外大大腸桿菌桿菌的丙酮酸脫氫酶複合物重量大約是4600kdal。

  在複合物內進行的脫羧作用主要可分為5個步驟,丙酮酸與乙醘輔酶A的中間物在複合物裡的移動過程,大致依照E1、E2的順序,E3則沒有直接與中間物接觸。其中丙酮酸是在第一個步驟(E1中)加入反應,乙醘輔酶A是在第三個步驟(E2中)中生成。  A.在第一個步驟中,丙酮酸上的羧基會形成二氧化碳然後釋出;中間的碳原子則會與E1中的TPP結合形成羥乙基TPP(Hydroxyethyl TPP),對丙酮酸來說是個氧化反應。這個步驟是所有步驟中最慢的一個,因此決定了整個反應的速率。  B.接下來TPP會將羥乙基帶入第二個步驟,TPP本身則留在E1中繼續作用。羥乙基氧化之後變成乙醯基,並進入E2,與硫辛醯基上的其中一個硫原子結合,已經氧化過的硫辛醯基離胺酸與乙醯基結合,成為醯基硫辛醯基離胺酸(Acyl lipoyllysine)。  C.第三個步驟在E2進行,醯基硫辛醯基離胺酸會與輔酶A進行反應,此反應會使硫辛醯基離胺酸還原,並釋出乙醯輔酶A。硫辛醯基離胺酸則經過下一步驟的氧化之後回到第二步驟作反應。  D.第四個步驟中,E3的輔成基FAD會使上一步驟中還原的硫辛醯基離胺酸再度氧化,以回到第二步驟;而FAD經過反應之後,會變成FADH。  E.最後FADH與NAD反應而氧化成FAD,回到第四步驟。NAD則還原成NADH,並且放出一個氫離子。

  丙酮酸脫氫酶複合體會受到三種方式調控,第一種稱為產物抑制,也就是複合物所催化生成的產物乙醯輔酶A與NADH,能夠抑制複合物的作用能力。其中乙醯輔酶A抑制的物件是E2,NADH則是抑制E3。除此之外,這兩種抑制物氧化之後生成的輔酶A與NAD,則能夠促進複合物的作用。第二種調控方式是由核苷酸來執行,例如GTP有抑制作用,AMP則有促進作用。  第三種稱為共價修飾作用,當E1中的絲氨酸殘基被ATP磷酸酯化之後,複合物會失去活性;反之如果磷酸酯化產生的磷酸酯基被水解掉,則複合物會再度活化。另外磷酸酯化作用本身又受到丙酮酸的抑制;並且當ATP/ADP、乙醯輔酶A/輔酶A,以及NADH/NAD的比值高時,將有促進磷酸酯化的效果。
丙酮酸脫氫酶複合體(英語:Pyruvate dehydrogenase complex;PDH complex;PDC;也稱為丙酮酸去氫酶複合物)是生物體內催化丙酮酸轉變成乙醘輔酶A之反應的三種酶及五種輔酶的組合。