在細胞中的分布
F0F1三磷酸腺苷合成酶分子模型在真核細胞中，ATP合成酶存在於線粒體的內膜或，FO亞單位存在於膜內，F1 F型ATP酶（ATPase）– 也稱為‘Phosphorylation Factor’存在在各種生物中，利用電化學勢進行ATP的合成。
P型ATP酶（也稱 E1-E2 ATP酶）– 存在在細菌和真核細胞中，消費ATP進行離子運輸。
V型ATP酶 – 存在在液泡（Vacuole），如高爾基體，溶酶體上，消費ATP進行離子運輸
A型ATP酶 – 存在在古細菌（Archaea）中，雖然有F型ATP酶類似的功能——ATP合成，但是在結構上其更接近與V型ATP酶，反映了古細菌為適應極端條件的進化。
在細胞中的位置
ATP合成酶(ATPsynthase)廣泛分布於線粒體內膜,葉綠體類囊體,異養菌和光合菌的質膜上,參與氧化磷酸化和光合磷酸化,在跨膜質子動力勢的推動下合成ATP.分子結構由突出於膜外的F1親水頭部和嵌入膜內的Fo疏水尾部組成.通過使用電子顯微鏡，蘑菇狀的F型ATP酶可以在真核細胞的粒線體內膜和原核生物的細胞膜上觀察到。ATP合成酶的結構
當前，原核生物的F型ATP酶的結構已經比較清楚了：F1單元 – α（3個）、β（3個）、γ（1個）、δ（1個）、ε（1個）
Fo單元 – a（1個）、b（2個）、c（9–12個）
真核生物的F型ATP酶F1單元的種類的數量與原核生物相同、Fo 單元的結構與原核生物相似，但是亞單位的數量不是很明了。
ATP合成酶的反應
F1 單元催化以下ATP合成反應。ATP ADP+Pi（磷酸）
F1單元催化的反映是可逆的，在進行離子運輸時，進行ATP水解反應。
Fo單元形成離子通道，質子可以從中通過：
H+inH+out
當質子利用電化學勢能通過Fo單元時，可以帶動和其連線的軸（γ亞單位），改變F1單元的結構，進而調節F1單元與ATP和ADP：Pi的結合能（Binding Energy），降低ATP生成的活化能，達到ATP合成的目的：
ADP + Pi + 3 H+out → ATP + 3 H+in
ATP酶γ亞單位的鏇轉
三磷酸腺苷合成酶