Bei der aeroben Atmung handelt es sich um die inneren Atmungsprozesse von Organismen unter Sauerstoffverbrauch. Die Funktion liegt in der Gewinnung von Adenosintriphosphat, dem universellen Energieträger. Chemisch betrachtet läuft bei der Reaktion eine Oxidation ab: Elementarer Sauerstoff (O₂) wird zu Wasser (H₂O) reduziert.

Organismen mit aerober Atmung nennt man Aerobier (griech. aer = Luft), jene die nicht auf Sauerstoff angewiesen sind Anaerobier. Es gilt zwischen zwei Arten von Aerobiern zu unterscheiden:
obligate Aerobier: benötigen zwingend Sauerstoff zum Überleben. Sauerstofffreie Bedingungen schaden den obligaten Aerobiern.
fakultative Aerobier: benötigen keinen Sauerstoff zum Überleben. Falls dennoch genügend Sauerstoff in der Umgebung vorhanden ist, kann er trotzdem genutzt werden (z.B. Hefen).

Der Mensch ist ein obilgater Aerobier. Unsere Zellatmung verläuft mehrschrittig, wie im Folgenden, anhand eines Glucosemoleküls (C₆H₁₂O₆), vereinfacht dargestellt:
Glykolyse (8 ATP - 2 ATP = 6 ATP)
Oxidative Decarboxylierung (6 ATP)
Citratzyklus (24 ATP)
Atmungskette (0 ATP)

Im Ergebnis entstehen beim Abbau eines Glucosemoleküls 38 ATP, exklusive 2 ATP, die bei der Glykolyse für die Aufspaltung der Glucose benötigt werden. Übrigens: Aerobe Atmung ist im Vergleich zu anaerober Atmung deutlich effektiver, denn der Abbau eines Glucosemoleküls unter anaeroben Bedingungen, weist bei weitem nicht eine so positive Energiebilanz auf. Und auch bei Prokaryoten gelten gegenüber Eukaryoten andere Energiebilanzen. Bei Prokaryoten findet der Citratsäurezyklus im Cytoplasma statt und nicht wie bei Eukaryoten in den Mitochondrien, weshalb der Stofftransport innerhalb der Zelle weniger Energie erfordert.