呼吸作用，也稱為細胞呼吸，是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解過程，最終生成二氧化碳或其他產物，並釋放出能量的過程。這個過程伴隨著ATP的生成。呼吸作用可以分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種類型。
有氧呼吸是指在有氧條件下，通過多種酶的催化作用，將葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，並釋放出大量能量的過程。有氧呼吸分為三個階段：
第一階段在細胞質基質中，葡萄糖被分解成丙酮酸、少量還原當量（NADH）和少量能量。
第二階段線上粒體基質中，丙酮酸和水進一步反應，生成二氧化碳、更多的還原當量和少量能量。
第三階段線上粒體內膜上，所有的還原當量與氧氣反應，產生水和大量的能量，這一階段是ATP合成的主要階段。
無氧呼吸是指在無氧條件下，通過酶的催化作用，將葡萄糖等有機物分解為不完全氧化的產物（如酒精、二氧化碳或乳酸），同時釋放出少量能量的過程。不同生物進行無氧呼吸時產生的產物不同，例如酵母菌和某些植物在無氧條件下會產生酒精和二氧化碳，而人和動物在無氧條件下則會產生乳酸。
此外，細胞呼吸的過程離不開酶的催化作用。在某些原核生物中，雖然沒有線粒體這樣的典型細胞器，但細胞質和膜上存在的酶仍然可以支持有氧呼吸的進行。而厭氧菌不進行有氧呼吸，兼性厭氧菌如酵母菌則可以在有氧和無氧條件下都能進行呼吸作用。