由腺嘌呤、核糖和三個磷酸基團按特定排列方式連接而成的化合物。簡稱腺三磷（圖1）。水解時釋放出能量較多，是生物體內最直接的能量來源。在ATP結構式中，3個串聯的磷酸基團分別用α、β、γ標示。α–磷酸同核糖之間是通過磷酸酯鍵連接，而α–磷酸同β–磷酸以及β–磷酸同γ–磷酸之間則是形成焦磷酸鍵。焦磷酸鍵在形成時需要吸收較高的能量；在其分解逆反應中，也可以釋放出相等的能量。例如，由ATP分解生成腺苷二磷酸(
圖1 ATP結構式
圖2 ATP和能量流
線粒體和葉綠體是細胞制造ATP的兩個主要場所。在線粒體裡，ATP是通過一系列的氧化磷酸化反應合成的。合成1摩爾ATP約需15千卡能量。1摩爾的葡萄糖完全氧化可以放出大約686千卡的能量，理論上可供合成45摩爾的ATP。實際上線粒體通過氧化1摩爾葡萄糖可以得到36～38摩爾的ATP，可見其利用能量的效率是很高的。葉綠體則是通過光合磷酸化反應來合成ATP（見光合作用）。細胞從光量子或氧化有機物獲取能量以生成ATP分子，再通過ATP使其他分子磷酸化進行能量轉移以推動生物體內的各種需能反應和實現細胞的各種功能活動（圖2）。
ATP還是合成生物體內許多重要物質的原料。可作為腺苷酸組分合成核糖核酸(RNA)和腺苷酸的衍生物（見核苷酸）；提供磷酸基以合成D–葡萄糖、D–果糖、D–甘露糖和D–核糖等糖類的一磷酸或二磷酸衍生物，合成磷酸膽堿以及在激酶催化下對蛋白質的磷酸化；提供無機焦磷酸以合成某些焦磷酸衍生物，如由核糖−5–磷酸與ATP反應合成重要的代謝中間物——α–D−5′–磷酸核糖−1′–焦磷酸。