脂肪酸分解，也稱為脂肪酸β-氧化，是脂肪酸在體內氧化分解以釋放能量的過程。這一複雜過程包括以下幾個關鍵步驟：
脂肪酸的活化。脂肪酸首先在脂醯CoA合成酶的催化下轉化為脂醯CoA，這一步需要ATP提供能量。
脂肪酸轉入線粒體。由於線粒體內膜不允許長鏈脂醯-CoA穿透，脂醯-CoA需要經過肉鹼/脂醯肉鹼轉移酶的催化，形成肉鹼衍生物才能進入線粒體。一旦進入線粒體，脂醯-CoA在特定酶的催化下釋放游離肉鹼，回歸為脂醯-CoA。
β-氧化。在脂肪酸β-氧化多酶複合體的作用下，脂醯-CoA經過脫氫、加水、再脫氫、硫解等步驟，生成乙醯CoA。這個過程是脂肪酸分解的主要途徑。
進入三羧酸循環。β-氧化產生的乙醯CoA可進入三羧酸循環，在此過程中被徹底氧化成二氧化碳和水，並釋放能量。
脂肪酸氧化分解過程中釋放的能量一部分用於合成其他化合物，一部分以熱能形式釋放維持體溫。此外，脂肪酸氧化還涉及到脂肪酸合成代謝的過程，但這是另一個複雜的話題。