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Der Citratzyklus ist Teil oxidativer Abbauprozesse und geht bei aeroben Organismen der eigentlichen Atmungskette voraus. Anaerobe Organismen verwenden zunächst die gleichen Abbauwege für energiereiche organische Stoffe, z. B. die Glykolyse, dann aber nicht die Oxidation von Wasserstoff in der Atmungskette, sondern andere, nicht von Sauerstoff abhängige Fermentationsprozesse, um Energie zu gewinnen (siehe auch Gärung). Bei erhöhter Leistungsabforderung wird auch beim Menschen ein wachsender Prozentsatz des in der Glykolyse gewonnenen Pyruvats nicht mehr zu Acetyl-CoA umgesetzt, sondern unter Gewinnung von 2 ATP zu Milchsäure. Milchsäure muss aber ab einer bestimmten Konzentration abgebaut werden, weil sie durch pH-Wert-Absenkung leistungshemmend wirkt.
Dabei gibt die Muskulatur Laktat (Anion der Milchsäure) an das Blut ab, welches zur Leber transportiert wird. Anschließend wird Laktat in der Leber zu Glucose durch den Prozess der Gluconeogenese umgesetzt. Glucose kann wieder durch das Blut von den Muskelzellen aufgenommen werden. Dieser Kreislauf wird auch als der sogenannte Cori-Zyklus bezeichnet. Die Fähigkeit, eine hohe Leistung trotz hohen Lactatspiegels aufrechtzuerhalten, wird in der physiologisch begründeten Trainingslehre als Lactattoleranz bezeichnet. Der Citratzyklus kann als der dritte von vier Schritten im Kohlenhydrat-Katabolismus betrachtet werden. Er findet nach der Glykolyse und der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat, jedoch vor der Endoxidation in der Atmungskette, statt. Für den Citratzyklus lässt sich folgende Bilanz aufstellen: Acetyl-CoA + 3 Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) + Flavinadenindinukleotid (FAD) + Guanosindiphosphat (GDP) + Phosphat + 2 Wasser (H2O) → 2 Kohlenstoffdioxid (CO2) + 3 (NADH + H+) + FADH2 + Guanosintriphosphat (GTP) + Coenzym A (CoA-SH) Acetyl-CoA, das ist Essigsäure gebunden an Coenzym A, also Essigsäure in ihrer „aktivierten“ Form, wird durch den Citratzyklus zu Kohlenstoffdioxid (CO2), den Reduktionsäquivalenten NADH und FADH2 sowie den Energieüberträgern Adenosintriphosphat, ATP, sowie Guanosintriphosphat, GTP, verstoffwechselt. In der Atmungskette werden die an den Reduktionsäquivalenten gebundenen Elektronen im letzten Schritt auf einen terminalen Elektronenakzeptor, in den Mitochondrien auf Sauerstoff, übertragen. Die Potentialdifferenz, die bei der Wanderung der Elektronen durch die Atmungskette von Proteinkomplex zu Proteinkomplex und schließlich auf Sauerstoff entsteht, wird nutzbar gemacht. Dabei werden nämlich Protonen vom Inneren des Mitochrondriums (Matrix) in den Intermembranraum transportiert, es bildet sich dabei ein elektrochemischer Protonengradient. Durch die Vermittlung des elektrochemischen Protonengradienten über der inneren Mitochrondrienmembran wird schließlich über die ATP-Synthase ATP
synthetisiert. Im Citratzyklus (ab Acetyl-CoA) wird mit 32 ATP wesentlich mehr Energie zur Verfügung gestellt als in der anaeroben Glycolyse, in der nur 2 ATP frei werden.
