NAD 在细胞呼吸中起着关键作用，主要参与糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化这三个阶段，以下是具体过程：
糖酵解：在细胞质中，葡萄糖被分解为丙酮酸，此过程中会产生少量 ATP 和 NADH。具体反应为：甘油醛 - 3 - 磷酸在甘油醛 - 3 - 磷酸脱氢酶的作用下，将一个氢原子和一个电子转移给 NAD⁺，使其还原为 NADH，同时甘油醛 - 3 - 磷酸被氧化为 1,3 - 二磷酸甘油酸。
三羧酸循环：丙酮酸进入线粒体后被转化为乙酰辅酶 A，然后进入三羧酸循环。在循环过程中，异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的作用下氧化脱羧，生成 α - 酮戊二酸，同时将 NAD⁺还原为 NADH；α - 酮戊二酸在 α - 酮戊二酸脱氢酶复合体的作用下进一步氧化脱羧，生成琥珀酰辅酶 A，也会产生 NADH；苹果酸在苹果酸脱氢酶的催化下被氧化为草酰乙酸，同样伴随着 NAD⁺被还原为 NADH。通过三羧酸循环，1 分子乙酰辅酶 A 彻底氧化分解，生成 3 分子 NADH。
氧化磷酸化：糖酵解和三羧酸循环产生的 NADH 携带了大量的电子和氢，通过线粒体内膜上的电子传递链将电子传递给氧气，同时将氢质子泵出线粒体基质，形成跨膜的质子梯度。质子通过 ATP 合酶回流到线粒体基质时，驱动 ATP 的合成。在这个过程中，NADH 被氧化为 NAD⁺，完成了 NAD⁺/NADH 的循环利用，同时实现了将细胞呼吸过程中释放的能量转化为 ATP 中的化学能，为细胞的各种生命活动提供能量。
