L'énergie libre issue de l'hydrolyse de l'ATP est utilisée pour faire passer les substances à travers la membrane en fonction de leurs propres gradients de concentration. Cette énergie est captée par des protéines membranaires qui couplent l’hydrolyse de l’ATP au transport des substances. L'exemple le plus courant est la pompe sodium-potassium, qui utilise l'énergie libre de l'hydrolyse de l'ATP pour pomper trois ions sodium hors de la cellule tout en amenant deux ions potassium dans la cellule.