质子泵是一种能够将质子穿过生物膜的完整膜蛋白。其工作机制基于蛋白质结构的构象变化或Q循环。在细胞呼吸中，质子泵利用能量将质子从线粒体基质转运到膜间空间。它是一种主动泵，在线粒体内膜上由于基质外面的质子比内部多而产生质子浓度梯度。pH和电荷的差异（忽略缓冲能力的差异）产生了与电池或电池的能量存储单元类似的电化学电势差。这个过程也可以被看作类似于骑自行车上山或给电池充电以备后用，做为它产生潜在的能量。质子泵不会产生能量，但会形成一个梯度存储能量供以后使用。