Wszystkie trzy typy fosforylacji: substratowa, fotosyntetyczna oraz oksydacyjna polegają na przyłączeniu reszt fosforanowych do ADP z wytworzeniem ATP. Różnią się one jednak mechanizmem syntezy ATP. Fosforylacja substratowa polega na przeniesieniu reszty fosforanowej z cząsteczki organicznego substratu bezpośrednio na ADP z udziałem energii, która powstaje po zerwaniu wysokoenergetycznego wiązania łączącego resztę fosforanową z substratem. Fosforylacja fotosyntetyczna charakteryzuje się zamianą energii świetlnej na energię chemiczną wiązań ATP z udziałem barwników fotosyntetycznym. Z kolei fosforylacja oksydacyjna polega na syntezie ATP z wykorzystaniem energii elektronów przekazywanych przez łańcuch oddechowy z wodoru na atomy tlenu.