Respirasi anaerobik adalah bentuk respirasi yang tidak menggunakan oksigen. Unsur-unsur selain oksigen digunakan untuk transpor elektron. Pengganti umum untuk oksigen adalah nitrat, besi, mangan, sulfat, belerang, asam fumarat dan karbon dioksida. Escherichia coli menggunakan nitrat dan asam fumarat untuk respirasi.
Agar rantai transpor elektron dapat bekerja, harus ada akseptor elektron akhir di ujung rantai. Hal ini memungkinkan elektron untuk melewati rantai. Pada organisme aerobik, akseptor elektron akhir ini adalah oksigen. Oksigen molekuler adalah agen pengoksidasi yang sangat tinggi sehingga merupakan akseptor yang sangat baik. Pada anaerob, zat lain yang kurang mengoksidasi seperti sulfat (SO42− ), nitrat (NO3− ), sulfur (S) digunakan. Akseptor elektron terminal ini memiliki potensi reduksi yang lebih kecil daripada O2 , sehingga lebih sedikit energi yang dilepaskan per molekul teroksidasi. Oleh karena itu, respirasi anaerobik kurang efisien daripada respirasi aerobik kecuali, tentu saja, ketika oksigen langka.
Jika oksigen tidak digunakan sama sekali, prosesnya disebut fermentasi. Contoh organisme yang menggunakan fermentasi adalah bakteri asam laktat, dan ragi. Ragi adalah jamur, bukan bakteri.
Persamaan untuk respirasi anaerobik adalah:

