Si effettua riduzione di ossigeno e sintesi di acqua nella membrana interna del mitocondrio. Vicino alla citocromo ossidasi è presente un enzima, l'adenosina trifosfato sintasi (ATP sintasi), formato da due domini, F1 e F0; il secondo è un canale protonico. I protoni ripassando attraverso questo canale liberano energia che viene utilizzata dal secondo dominio, che così è in grado di sintetizzare una molecola ricca di energia come ATP. Quando si verifica iper produzione di ormoni tiroidei T3 e T4, essi si comportano da agenti disaccoppianti; infatti essi stimolano la produzione di una proteina disaccoppiante che si chiama termogenina, la quale forma un canale che fa rientrare i protoni nella matrice, così l'energia liberata non è convertita in ATP, ma dissipata sotto forma di calore.