В людини синтез АТФ здійснюється головним чином у мітохондріях клітиниСаме тому ці органоїди часто називають клітинними електростанціями. Синтез та розпад АТФ у клітці йде постійно, тому що ця високоенергетична молекула живе менше однієї хвилини.

мітохондрії Місцем синтезу АТФ в клітинах рослин є мітохондрії, в яких відбувається клітинне дихання, і хлоропласти, в яких АТФ утворюється у світловій фазі ( ).

Енергію для синтезу АТФ-синтаза часто отримує від протонів, що проходять електрохімічним градієнтом, наприклад, з просвіту тилакоїда в строму хлоропласту або з міжмембранного простору (просвіту кристи) в матрикс мітохондрії. Реакція синтезу така: АДФ + Фн → АТФ + H2O.