Tế bào cần có năng lượng để duy trì hầu hết các hoạt động sống của mình; tuy nhiên, chúng không thể sử dụng trực tiếp năng lượng từ các phân tử trong thức ăn như tinh bột, axit béo. Tế bào có những phân tử trung gian, lấy năng lượng từ quá tình phân giải các phân tử từ thức ăn và giải phóng nó cho các hoạt động sống của tế bào; trong số đó, ATP là phân tử được sử dụng phổ biến nhất.

Cấu trúc phân tử của ATP (adenosine triphosphate) gồm có một gốc base nitơ, một gốc đường ribose có 5 carbon, và một chuỗi gồm ba nhóm phosphate (Pi).

Trong ba nhóm phosphate đó, có hai nhóm được gọi là nhóm phosphate cao năng. Liên kết giữa chúng rất yếu và có thể bị thuỷ phân dễ dàng để giải phóng năng lượng. Trong tế bào, ATP bị thuỷ phân theo phản ứng: ATP + H2O -> ADP (adenosine diphosphate) + Pi, nhóm phosphate ngoài cùng sẽ bị tách ra và giải phóng khoảng 13 kcal/mol năng lượng. Lượng năng lượng giải phóng này lớn hơn phần lớn khả năng của các phân tử khác. Chính vì vậy ATP còn được gọi là "đồng tiền năng lượng chính" của tế bào và có mặt trên mọi sinh vật sống trên Trái Đất.

Do hầu hết các phản ứng trong tế bào đều cần ATP nên nhu cầu đối với phân tử này là rất lớn. Trong tế bào, ATP được tổng hợp từ ADP và các nhóm phosphate tự do qua quá trình hô hấp tế bào.