Quando gli elettroni arrivano all'ossigeno, la catena di trasporto si interrompe per una frazione di tempo necessaria affinché avvenga il riequilibrio protonico. Si annulla la differenza di potenziale e di pH e i protoni ritornano nella matrice attraverso il complesso proteico (proteina canale) dell'ATP sintasi (chemiosmosi). L'energia potenziale liberata attiva la reazione endoergonica tra ADP e gruppi fosfato con sintesi di ATP. La reazione è: