以硝化细菌为例，原核生物虽然没有线粒体，但却含有全套与有氧呼吸相关的酶，这些酶分布在细胞质基质和细胞膜上，因此，这些细胞也能进行有氧呼吸。
原核细胞的细胞膜（质膜）除了和真核细胞一样进行物质交换，调节透性以外，还含有丰富的酶系，其内侧含有与电子传递与氧化磷酸化有关的酶，可进行有氧呼吸，代替线粒体为细胞提供能量。细菌的细胞膜内陷形成囊状、层状或管状结构，称之为间体（或中膜体、质膜体），类似于真核细胞中线粒体内膜内折形成的嵴。间体上有细胞色素和琥珀酸脱氢酶，与有氧呼吸有关。另外，核糖体附于细胞膜上，有类似粗面内质网的功能。可以与核糖体共同完成胞外蛋白的合成与分泌。所以，细菌的细胞膜参与了其细胞中多项生命活动的完成，可承担类似于真核细胞中叶绿体、线粒体、内质网和高尔基体的部分工作。
以通用底物葡萄糖为例，原核细胞有氧呼吸具体过程分为3个阶段：第1阶段是1分子葡萄糖在细胞质基质中通过糖酵解（ EMP） 产生2分子丙酮酸，该阶段不需要氧气，通过底物水平磷酸化产生少量 ATP；第2阶段是丙酮酸氧化脱氢产生的2分子乙酰 Co A 进入三羧酸循环（ TCA） 后脱氢，该阶段需要 O2的参与，发生在细胞质基质中；第3阶段是上述两个过程中脱下的电子进入电子传递链，与氧化磷酸化相偶联生成 ATP，O2与［H］结合生成水，发生在细胞膜上。
