Kemiozmotik hipotez, iyonların elektrokimyasal gradyanını azaltabilmek amacıyla seçici geçirgen bir zardan geçme hareketini ifade eder. Bu hipoteze göre, hücresel solunumla elde edilen ATP'nin büyük bir kısmı, glikoz gibi enerji açısından zengin moleküllerin yıkılmasıyla elde edilen NADH ve FADH2'nin enerjisiyle mitokondrinin iç zarlarında oluşturulan elektrokimyasal gradyan sayesinde üretilir. Bu teori, Peter D. Mitchell tarafından 1961 yılında ortaya atılmıştır. Kemiozmotik hipotez, ATP-sentaz aracılığıyla gerçekleşir.