乙醯輔酶 A的乙醯基在生物體內受一系列酶的催化，生成水和二氧化碳的代謝途徑，又稱檸檬酸迴圈。1937年由H.A.克雷佈斯首先提出三羧酸迴圈概念，因此也稱克雷佈斯迴圈。在真核細胞中三羧酸迴圈是在線粒體中進行的，催化其每一步反應的酶都位於線粒體內。由於乙醯輔酶A可來源於糖、脂肪或氨基酸的分解代謝，所以三羧酸迴圈也是糖、脂肪及氨基酸氧化代謝的最終通路。
過程 迴圈的第一步是乙醯輔酶 AA的乙酰基與草酰乙酸（4個碳原子）縮合形成檸檬酸（6個碳原子），後者經異構並氧化脫羧生成α－酮戊二酸（5個碳原子）再氧化脫羧生成琥珀酸（4個碳原子），琥珀酸進一步經兩次氧化則又重新生成草酰乙酸，完成循環過程。這一循環的每一步都由特定的酶來催化。經過一個循環後，生成的草酰乙酸，又可和另一分子乙酰輔酶A作用。每一輪循環的各個氧化步驟都導致 ATP的生成。每次三羧酸循環，可生成12分子ATP，是機體產生ATP的主要途徑（見圖）。
三羧酸循環尚可提供生物體內合成其他物質的原料，例如α-酮戊二酸可以在體內與氨作用，生成谷氨酸。
調節 三羧酸循環是體內重要供能過程。細胞線粒體內能量積聚而ATP或還原輔酶(NADH)過多時，不僅抑制丙酮酸氧化而減少乙酸CoA進入三羧酸循環，還可抑制乙酰輔酶A與草酰乙酸的縮合以及其他氧化過程。ADP及氧化型輔酶I(NAD+)增多時則可促進以上過程，從而調節三羧酸循環進行的速率。
在三羧酸循環中，檸檬酸合成酶催化的反應是關鍵步驟，草酰乙酸的供應有利於循環順利進行。