Каталитический цикл подразделяется на три фазы, каждая из которых проходит поочерёдно в трёх активных центрах. Вначале идёт связывание АДФ (ADP) и Р1 (1), затем образуется фосфоангидридная связь (2) и, наконец, освобождается конечный продукт реакции (3). При каждом переносе протона через белковый канал F0 в матрикс все три активных центра катализируют очередную стадию реакции. Предполагается, что энергия протонного транспорта прежде всего расходуется на поворот γ-субъединицы, в результате которого циклически изменяются конформации α- и β-субъединиц.