מעגל חומצת הלימון היא לולאה סגורה של תגובות המתרחשות במטריקס המיטוכונדריה, לרבות תגובות חמצון-חיזור, תגובות דהידרציה, הידרציה, ודקרבוקסילציה. השם הזה נגזר מתרכובת הביניים, חומצת לימון. מכיוון שהשלבים זוהו לראשונה על-ידי הנס קרב, מסלול אירובי זה מכונה גם מעגל קרבס, אשר בסדרה של שמונה שלבים אנזימטיים הינו קריטי בקטבוליזם של גלוקוז.כדי להתחיל, אצטיל CoA, התרכובת שנוצרה מחמצון פירובט, תורמת את קבוצת האצטיל שלה למולקולה בעלת ארבעה פחמנים, אוקסלואצטט, ויוצרת תוצר ביניים בעל שישה פחמנים, ציטראט, בעוד שקבוצת ה-CoA שלה נקשרת לקבוצת סולפהידריל ומפעפעת משם כדי לבסוף להתחבר עם קבוצת אצטיל נוספת. מולקולה של מים אז מוסרת ומוחלפת, מה שהופך את הציטראט לאיזומר, איזוציטראט. המולקולה אז מחומצנת, ומחזרת NAD ל-NADH ו-H, ומולקולת פחמן דו-חמצני, ונוצר אלפא-קטוגלוטראט בעל חמישה פחמנים.תוצר זה משחרר מולקולת פחמן דו-חמצני נוספת ושני אלקטרונים, ומחזר NAD נוסף ל-NADH ולפרוטון, מה שמשאיר את המולקולה עם קשר לא יציב שאליו נקשר קואנזים A ומייצר סוקציניל CoA. בשלב הבא, הקואנזים מוחלף בקבוצת פוספט. אז, הפוספט מועבר ל-GDP, ומייצר סוקצינאט ו-GTP, אשר יכולים לשמש בייצור ATP.בשלב השישי, סוקצינאט מחומצן על-ידי שני אלקטרונים מאטומי מימן, שעוברים אל נשא אלקטרונים פלאבין אדנין דינוקלאוטיד, FAD, כדי לייצר FADH2 ופומראט. אז, מים מתווספים למולקולה המתקבלת, ולאחר סידור מחדש של הקשרים, נוצר מאלאט. לבסוף, מולקולה זו מחומצנת, ומחזרת NAD ל-NADH ו-H, ונוצרת מחדש התרכובת המקורית, אוקסלואצטט.בסופו של דבר, כל מחזור מייצר שלושה NADH ו-FADH2 אחד, נשאי אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה המשמשים בשרשרת מעבר האלקטרונים.