細胞氧化，也稱為生物氧化或細胞呼吸，是指生物體細胞內有機物質氧化分解產生二氧化碳、水，並釋放出大量能量的過程。這一過程主要在真核生物的線粒體內進行，而在原核生物中則線上粒體膜上進行。細胞氧化過程中，有機物質在酶的催化下，通過一系列氧化還原反應，消耗氧氣並產生水，同時釋放出能量，這些能量被用來合成ATP，為細胞生命活動提供所需的動力。
細胞氧化的特點包括：
在細胞內進行：氧化過程在細胞內部的水溶液中進行，pH值約為7，溫度接近常溫。
伴隨生物還原反應：在氧化過程中，同時產生生物還原反應，即電子從還原劑轉移到氧化劑的過程。
水作為供氧體：水是許多生物氧化反應的供氧體，通過加水脫氫作用直接參與了氧化反應。
分步進行：生物氧化是一個分步進行的過程，每一步都有特殊的酶催化，每一步反應的產物都可以分離出來，這種逐步反應的模式有利於在溫和的條件下釋放能量，提高能源利用率。
細胞氧化過程中，碳的氧化和氫化不是同步進行的，脫下來的質子和電子通常由各種載體，如NADH等傳遞給氧並最終生成水。此外，細胞氧化過程中產生的NADH，如糖酵解生成的NADH，需要通過穿梭系統使NADH的氫進入線粒體內膜氧化。