Kimiosmosis merupakan pergerakan ion merentasi membran telap secara terpilih, menurun daripada kecerunan elektrokimia. Lebih khusus lagi, ia berkaitan dengan penjanaan adenosina trifosfat (ATP) oleh pergerakan ion hidrogen merentasi membran semasa respirasi sel. Ino hidrogen (proton) akan meresap daripada kawasan berkepekatan proton yang tinggi ke kawasan yang berkepekatan rendah. Peter Mitchell mencadangkan bahawa suatu kecerunan kepekatan elektrokimia proton merentasi membran boleh dimanfaatkan untuk menghasilkan ATP. Beliau mengaitkan proses itu dengan osmosis, resapan air merentasi membran, dimana itulah sebabnya ia dikenali sebagai kimiosmosis.ATP sintase merupakan enzim yang menghasilkan ATP oleh kimiosmosis. Ia membenarkan proton untuk melintasi membran dan menggunakan tenaga kinetik untuk memfosforilan ADP kepada ATP. Penjanaan ATP oleh kimiosmosis berlakdu di dalam kloroplas dan mitokondria serta juga dalam kebanyakan bakteria dan arkea.