在细胞质的基质中，无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸相似。葡萄糖首先在己糖激酶的作用下被磷酸化，形成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP。接着，经过异构酶的催化，转化为果糖-6-磷酸，再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸，消耗另一分子ATP。这一过程在醛缩酶和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的协同下，生成1,3-二磷酸甘油酸，NAD+被还原为NADH，同时生成ATP和3-磷酸甘油酸。
进入第二阶段，无氧条件下，丙酮酸在细胞质中发生分解。在酵母的酒精发酵中，丙酮酸在丙酮酸脱羧酶的催化下，脱羧生成乙醛，乙醛随后在乙醇脱氢酶的作用下还原为乙醇，NADH被氧化为NAD+。而在肌肉的乳酸酵解过程中，通过乳酸脱氢酶，丙酮酸转化为乳酸，NADH同样被重新氧化为NAD+，但这个阶段并不产生额外的能量。
无氧呼吸，是指有机碳化合物经彻底或者不彻底氧化，所脱下来的电子经部分电子传递链，最后传给外源的无机氧化物（个别是有机氧化物）并释放较少能量。无氧呼吸是细胞呼吸的一种方式。