Основные процессы энергетического обмена: (1) аэробное окисление, сопряжённое с окислительным фосфорилированием (т.е. ресинтезом АТФ с участием кислорода); (2) анаэробный гликолиз, сопряжённый с бескислородным ресинтезом АТФ; (3) субстратное фосфорилирование (особый путь ресинтеза АТФ). АТФ почти не накапливается (не запасается) и постоянно синтезируется в живом организме.

Глюкоза – основной и универсальный источник энергии для организма, подходящий для всех энергетических процессов во всех тканях и органах, а в некоторых – безальтернативный. Быстрота её мобилизации из депо (гликоген) и расщепления с получением АТФ делает углеводы незаменимыми при мышечных нагрузках (дополнительно об углеводах, их роли и метаболизме см. в статьях о вопросах питания). Гликолиз, т.е. расщепление глюкозы, может иметь развитие в двух направлениях: (1) полное аэробное окисление до углекислого газа и воды – многоэтапный процесс с участием кислорода, заканчивающийся в митохондриях клетки окислительным фосфорилированием с образованием АТФ, углекислого газа и воды (последние выводятся из клетки); (2) анаэробный гликолиз – неполное окисление, короткий бескислородный путь, осуществляемый только во внутриклеточной жидкости, с образованием АТФ и молочной кислоты (последняя накапливается в клетке).

Окислительное фосфорилирование – основной способ воспроизводства АТФ для жизнедеятельности организма. При этом побочно образующееся тепло отводится от тела (либо используется для поддержания оптимальной температуры тела), конечные продукты окислительно-восстановительных реакций – углекислый газ и вода – свободно выводятся из клетки в кровь и далее в окружающую среду, а субстраты для окисления могут непрерывно поступать из крови. Окислительное фосфорилирование наиболее эффективно и в плане количества получаемой АТФ с единицы окисляемого субстрата (причём не только глюкозы, см. ниже), но не может протекать достаточно быстро (в т.ч. из-за ограничений, накладываемых системой транспорта кислорода) для обеспечения высокоинтенсивных мышечных сокращений. Поэтому высокоинтенсивные мышечные сокращения обеспечивает энергией более быстрый анаэробный гликолиз.

Анаэробный гликолиз, как и следует из названия, бескислородный и специфичен исключительно к глюкозе в качестве субстрата. При этом окисление неполное (до молочной кислоты) и, соответственно, количество получаемой энергии в виде АТФ с единицы окисляемого субстрата в разы меньше (по сравнению с полным аэробным циклом, заканчивающимся окислительным фосфорилированием). Также анаэробный гликолиз лимитирован накоплением молочной кислоты и других метаболитов внутри клетки, быстрым истощением её запасов глюкозы и гликогена – в анаэробном процессе глюкоза не может поступать в клетку из крови, а побочные продукты реакций выводиться из неё. Поэтому его всегда сменяет окислительное фосфорилирование при поступлении достаточного количества кислорода в клетки – это т.н. восполнение кислородного долга. При этом образовавшаяся в анаэробном процессе молочная кислота частично окисляется и частично выводится из клетки, ресинтезируются АТФ, КФ и гликоген (последний, за счёт поступающей из крови глюкозы). А также аэробный и анаэробный процессы могут протекать параллельно (дополнительно см. «Аэробные и анаэробные нагрузки»).

Залогом повышения любой спортивной результативности является достаточное потребление углеводов как основного поставщика энергии для мышечных сокращений (дополнительно см. «Треножник эффективного питания»).