Teoría postulada por el bioquímico inglés Peter Mitchell, para explicar la formación de ATP en la cadena transportadora de electrones de las mitocondrias. Cuando los electrones se transfieren a lo largo del sistema transportador de la parte interna de la membrana, los iones de hidrógeno (protón) son transportados activamente (mediante transportador específico de hidrógeno) al espacio que hay entre la membrana interna y externa de las mitocondrias, donde hay una concentración de protones mucho más alta que en la matriz. Esto crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna, que lleva a una difusión de protones hacia la matriz. Esta movimiento tiene lugar a través de canal especial asociado a la ATP sintetasa, la enzima que cataliza la conversión de ADP en ATP, y que provoca la fosforilación del ADP. Un gradiente similar se forma través de membrana tilacoide del cloroplasto durante la reacción luminosa de la fotosíntesis (fotofosforilación).