ATP合成酶，又称FoF₁-ATP酶在细胞内催化能源物质ATP的合成。在呼吸或光合作用过程中通过 电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H ⁺)梯差，之后质子流顺质子梯差通过 ATP合酶可以使ADP+Pi合成ATP。

ATP合酶（ATP synthase）广泛分布于 线粒体内膜， 叶绿体 类囊体， 异养菌和 光合菌的 质膜上，参与 氧化磷酸化和 光合磷酸化，在跨膜 质子动力势的推动下合成 ATP。分子结构由突出于膜外的F1亲水头部和嵌入膜内的Fo疏水尾部组成。