三羧酸循环反应过程：
(一)乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸此反应由柠檬酸合酶(citrate synthase)催化，是三羧酸循环的关键酶，是重要的调节点。由于高能硫酯键水解时释出较多自由能，ΔG'0=-32.2kJ/mol，此反应不可逆。
(二)柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸此反应由顺乌头酸酶催化，柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸。
(三)异柠檬酸β-氧化、脱羧生成α-酮戊二酸此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase)是三羧酸循环的限速酶，是最主要的调节点，辅酶是NAD+，脱氢生成的NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP.异柠檬酸先脱氢生成草酰琥珀酸，再脱羧生成α-酮戊二酸。ΔG'0=-20.9kJ/mol.
(四)α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A此反应在α-酮戊二酸脱氢酶复合体(α-ketoglutarate dehydrogenase complex)的催化下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶A，这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是三羧酸循环的关键酶，是第三个调节点。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体，其组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。它所含的三种酶是α-酮戊二酸脱氢酶(需TPP);硫辛酸琥珀酰基转移酶(需硫辛酸和辅酶A);二氢硫辛酸脱氢酶(需FAD、NAD+)。脱氢生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP.由于反应中分子内部能量重排，产物琥珀酰辅酶A中含有一个高能硫酯键，此反应不可逆。ΔG'0=-33.5kJ/mol.
(五)琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸此反应由琥珀酸硫激酶(琥珀酰辅酶A合成酶)催化，琥珀酰辅酶A中的高能硫酯键释放能量，可以转移给ADP(或GDP)，形成ATP(或GTP)。细胞中有两种同工酶，一种形成ATP，另一种形成GTP.这是因为琥珀酸硫激酶由α、β亚基组成，α亚基上有磷酸化的组氨酸残基以及结合CoA的位点;β亚基上既可以结合ATP又可以结合GTP.形成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP.这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP。
(六)琥珀酸脱氢转变为延胡索酸此反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是FAD，脱氢后生成FADH2，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2分子ATP.
(七)延胡索酸转变为苹果酸此反应由延胡索酸酶催化，加水生成苹果酸。
(八)苹果酸脱氢生成草酰乙酸此反应由苹果酸脱氢酶催化，辅酶是NAD+，脱氢后生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
1、2×异柠檬酸→2×α-酮戊二酸 2NADH(线粒体基质) 最终获得ATP 5
2、2×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA 2NADH(线粒体基质) 最终获得ATP 5
3、2×琥珀酰CoA→2×琥珀酸 最终获得ATP 2
4、2×琥珀酸→2×延胡索酸 2FADH2 最终获得ATP 3
5、2×苹果酸→2×草酰乙酸 2NADH 最终获得ATP 5
从丙酮酸开始算起，彻底氧化共产生12.5个ATP。
从乙酰CoA开始算起，彻底氧化共产生10个ATP。