ブドウ糖をエネルギー源としてエネルギー産生させているのは細胞のミトコンドリアです。ミトコンドリアは糸（ミト）粒子（コンドリア）を意味するギリシャ語で、直径１μm（マイクロメーター）のサイズで、１つの細胞には１００個から２０００個のミトコンドリアが存在しています。ミトコンドリアの重量は体重の１０％ほどとされ、体重５０kgの人では５kgのミトコンドリアを持っていることになります。特にミトコンドリアの数が多いのは筋肉細胞で、筋肉が動くことによって筋肉が増強されるとともにミトコンドリアの数が増えていくことから、その数が多くなっています。
糖質の中で主にエネルギー源として使われるのはブドウ糖です。ブドウ糖は小腸から吸収される時間は数分と非常に早く、細胞にも取り込まれやすく、ミトコンドリアでのエネルギー代謝も素早く起こります。
ブドウ糖は主としてミトコンドリアの中でエネルギー代謝が行われますが、ミトコンドリア以外でも一部のエネルギー代謝が起こっています。ブドウ糖のエネルギー代謝には体内に取り込まれた酸素を使わないままエネルギーとする解糖系の代謝と、酸素を使う有酸素系の代謝の２つの系統があります。
解糖系の代謝では、ブドウ糖は酵素の働きによってピルビン酸に変化して、その過程でエネルギーが発生します。この場合にはブドウ糖１分子当たり、２分子のエネルギー物質であるＡＴＰ（アデノシン三リン酸）が発生します。酸素が使われない場合のほかに、激しい運動によって酸素が不足したときにも解糖系のエネルギー代謝が行われます。
これに対して有酸素系の代謝では、ブドウ糖１分子当たり３６分子のＡＴＰが発生します。ピルビン酸は酵素の働きによって補酵素のアセチルＣｏＡに変換され、これがミトコンドリア内のＴＣＡ回路に入ります。ＴＣＡ回路はミトコンドリア内で起こる９段階の代謝回路で、アセチルＣｏＡはクエン酸に変化して、次々と別の酸に変換されていきます。
ＡＴＰは塩基のアデニンに糖のリボースが結合した形で、これにリン酸が３個結合しています。ＡＴＰからリン酸が１分子外れてＡＤＰ（アデノシン二リン酸）になるときに生体の活動に必要なエネルギーが発生します。ＡＤＰはＴＣＡ回路でリン酸１個が結びついてＡＴＰに合成されます。