У природних для рослинних тканин аеробних умовах піровиноградна кислота, що утворилася в процесі гліколізу, дифундує в мітохондрії, де окисляється до СО2 з утворенням великої кількості молекул АТФ. Аеробна фаза дихання відбувається в мітохондріях. Вони менші хлоропластів, дуже різноманітні за формою і розміром. Мітохондрії оточені двома мембранами. Внутрішня мембрана утворює складки, так звані кристи. Простір між кристами заповнений рідким матриксом, у якому знаходяться ферменти, вода, фосфати й інші молекули, що беруть участь у диханні. Подібно пластидам, мітохондрії є напівавтономними органелами, що містять компоненти, необхідні для синтезу власних білків, а саме: РНК, кільцеву ДНК, рибосоми. Зовнішня мембрана мітохондрій проникна для більшості молекул, внутрішня – тільки для деяких, таких як піровиноградна кислота й АТФ. Ферменти циклу Кребса присутні в матриксі мітохондрій, ферменти та інші компоненти електроно-транспортного ланцюга вбудовані у мембрани крист. Окислення пірувату включає дві стадій: окисне декарбоксилювання піровиноградної кислоти до ацетил-КоА та окислення залишку ацетил-КоА в циклі Кребса.
