Движущей силой обмена веществ служит разность термодинамических потенциалов, участвующих в реакциях соединений. По источникам используемой в обмене веществ энергии организмы делятся на фототрофы и хемотрофы. Для фототрофов богатыми энергией субстратами являются эндогенные продукты начального этапа фотосинтеза, для хемотрофов – различные соединения экзогенной природы.
В общем энергетическом обмене животных выделяют основной обмен – минимальное количество энергии, необходимое для поддержания жизни организма в состоянии покоя. У взрослого человека он составляет 1600-1700 ккал/сут (6700-7100 кДж/сут). Количество тепла, выделяемое теплокровными животными при основном обмене, пропорционально поверхности их тела (правило Рубнера). Более точно теплопродукция организма животных выражается формулой
W = 70 × m0,75 ккал/сут,
где m – масса тела, кг.
Синтез сложных соединений, мышечное сокращение, транспорт соединений через биологические мембраны против градиента концентрации, создание на мембране электрического потенциала, разряд которого, в частности, обеспечивает проведение нервного импульса и другие биоэлектрические явления, обеспечивает свободная энергия гидролиза основного продукта фосфорилирования - АТФ и в меньшей степени других фосфатных производных. Различают субстратное фосфорилирование, состоящее в фосфорилировании молекул субстрата при их окислении никотинамидными коферментами, и окислительное фосфорилирование, наблюдаемое на стадии образования АТФ из аденозиндифосфата (АДФ) при переносе электронов (атомов водорода) по цепи коферментов в процессе дыхания и в фотосинтезе. Максимум заключенной в органических субстратах энергии извлекается при их полном окислении в аэробных условиях до СО2 и воды в циклических последовательностях реакций. Примером такого процесса является полное окисление глюкозы в пентозофосфатном цикле.