La respirazione anaerobica è una forma di respirazione che non utilizza ossigeno. Per il trasporto degli elettroni vengono utilizzati elementi diversi dall'ossigeno. I sostituti comuni dell'ossigeno sono nitrati, ferro, manganese, solfati, zolfo, acido fumarico e anidride carbonica. L'Escherichia coli utilizza nitrati e acido fumarico per la respirazione.
Affinché la catena di trasporto degli elettroni funzioni, deve esserci un accettatore finale di elettroni alla fine della catena. Questo permette agli elettroni di passare attraverso la catena. Negli organismi aerobici, questo accettore finale di elettroni è l'ossigeno. L'ossigeno molecolare è un agente altamente ossidante e quindi è un eccellente accettore. Negli anaerobi si usano altre sostanze meno ossidanti come il solfato (SO42-), il nitrato (NO3-), lo zolfo (S). Questi accettatori di elettroni terminali hanno un potenziale di riduzione inferiore a quello dell'O2, quindi viene rilasciata meno energia per molecola ossidata. La respirazione anaerobica è quindi meno efficiente della respirazione aerobica, tranne, naturalmente, quando l'ossigeno è scarso.
Se l'ossigeno non viene utilizzato affatto, il processo si chiama fermentazione. Esempi di organismi che utilizzano la fermentazione sono i batteri lattici e il lievito. Il lievito è un fungo, non un batterio.
L'equazione per la respirazione anaerobica è:
