Skupina enzymových komplexů a molekul katalyzujících přenos elektronů z donoru (nejčastěji NADH, jantaran) na akceptor (nejčastěji kyslík). Volná energie této reakce se využívá k syntéze ATP. Respirační řetězec je lokalizován na vnitřní membráně mitochondrií nebo na plasmatické membráně bakterií.
Enzymové komplexy jsou většinou transmembránovými proteiny: NADH-ubichinon oxidoreduktasa (komplex I), sukcinátdehydrogenasa (komplex II), ubichinol-cytochrom c oxidoreduktasa (komplex III) a cytochrom aa₃-O₂ oxidoreduktasa (komplex IV). Přenos elektronů z NADH na kyslík je spojen s přenosem protonů z matrix do mezimembránového prostoru. Tento elektrochemický potenciál se využívá k syntéze ATP.