生物氧化作用是有機物質在生物體細胞內氧化分解的過程，它產生二氧化碳、水，並釋放出大量能量，這一過程對於生物體獲取能量和維持生命活動至關重要，生物氧化與有機物質體外燃燒在化學本質上是相同的，遵循一般的氧化還原反應規律，即消耗氧量、最終產物和釋放的能量均相同。
生物氧化的過程是由一系列酶催化的步驟組成，這些步驟在溫和的條件下進行，如在接近中性的pH值和常溫的水溶液中，在這個過程中，有機物如糖、脂肪和蛋白質等被逐步氧化分解，釋放出能量，這些能量部分用於生命活動和維持體溫。
在生物氧化過程中，碳的氧化和氫化是非同步進行的，氧化過程中脫下的質子和電子通常由各種載體（如NADH）傳遞給氧，最終生成水，這個過程中釋放的能量通過與ATP合成相偶聯，轉換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。