Bei der anaeroben Atmung handelt es sich um die inneren Atmungsprozesse von Organismen, die gänzlich ohne Sauerstoff ihren Energiestoffwechsel betreiben können. Auf chemischer Ebene läuft eine Redoxreaktion ab. Statt Sauerstoff (O₂) dienen allerdings Nitrate, Sulfate, Fumerate, Kohlenstoffdioxid oder Schwefel als Elektronenakzeptoren.

Organismen mit anaerober Atmung nennt man Anaerobier (griech. 'an' = nicht; 'aer' = Luft). Jene Organismen die auf Sauerstoff angewiesen sind, werden als Aerobier bezeichnet. Es lässt sich eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Typen von Anaerobiern treffen, abhängig der Toleranz von Sauerstoff in der Umgebung:

Obligate Anaerobier: benötigen zwingend eine sauerstofffreie Umgebung, um zu Überleben. Bei Anwesenheit von Sauerstoff werden obligate Anaerobier geschädigt.
Fakultative Anaerobier: benötigen zwar keinen Sauerstoff, können den vorhandenen Sauerstoff aber ebenso für den eigenen Stoffwechsel nutzen.
Aerotolerante Anaerobier: benötigen keinen Sauerstoff für den eigenen Stoffwechsel, tolerieren aber eine sauerstoffreiche Umgebung.

Diese Kategorisierung steht allerdings seit 2014 in der Kritik. Studien konnten nachweisen, dass einige obligate Anaerobier auch unter Anwesenheit von Sauerstoff überleben konnten, sofern die Umgebung Antioxidantien zur Verfügung stellt.

Gärung gehört im Übrigen nicht zu den anaeroben Vorgängen. Dies betrifft zum Beispiel Milchsäuregärung, alkoholische Gärung, Ameisensäuregärung oder Buttersäuregärung. Zwar laufen auch Gärungsprozesse ohne Sauerstoff ab, jedoch sind keine fremden Elektronenakzeptoren involviert.