氧化是放能反应,而ADP生成ATP是吸能反应,这两个过程同时进行,即氧化时偶联磷酸化的过程称为氧化磷酸化.这种方式生成的ATP约占ATP生成总数的80％,是维持生命活动所需能量的主要来源.
光合磷酸化 (photophosphorylation)植物叶绿体的类囊体膜或光合细菌的载色体在光下催化腺二磷（ADP）与磷酸（Pi）形成腺三磷（ATP）的反应.有两种类型：循环式光合磷酸化和非循环式光合磷酸化.前者是在光反应的循环式电子传递过程中同时发生磷酸化,产生ATP.后者是在光反应的非循环式电子传递过程中同时发生磷酸化,产生ATP.在非循环式电子传递途径中,电子最终来自于水,最后传到氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）.因此,在形成ATP的同时,还释放了氧并形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）.
在光合作用的光反应中,除了将一部分光能转移到NADPH中暂时储存外,还要利用另外一部分光能合成ATP,将光合作用与ADP的磷酸化偶联起 来,这一过程称为光合磷酸化.它同线粒体的氧化磷酸化的主要区别是∶氧化磷酸化是由高能化合物分子氧化驱动的,而光合磷酸化是由光子驱动的.
光合磷酸化的机理同线粒体进行的氧化磷酸化相似,同样可用化学渗透学说来说明.在电子传递和ATP合成之间,起偶联作用的是膜内外之间存在的质子电化学梯度.类囊体膜进行的光合电子传递与光合磷酸化需要四个跨膜复合物参加∶光系统Ⅱ、细胞色素b6/f复合物、光 系统Ⅰ和ATP合酶.