ATP synthase (EC 7.1.2.2) là tên của loại enzyme có khả năng tổng hợp adenosine triphosphate (ATP) từ adenosine diphosphate (ADP) và phosphate vô cơ (Pi) đồng thời tích trữ năng lượng. Năng lượng này thường ở dạng proton di chuyển được nhờ chênh lệch hoá thẩm, như từ lumen của thylakoid vào chất nền lục lạp hay từ khoảng không giữa hai màng ti thể vào chất nền ti thể. Phản ứng tổng quát khi tổng hợp ATP là:Enzyme này có vai trò quan trọng then chốt trong gần như tất cả các cơ thể sống vì ATP là đơn vị năng lượng thông dụng trong các cơ thể sống. Kháng sinh oligomycin ức chế tiểu đơn vị FO của ATP synthase.ATP synthase nhìn chung là một chu trình tổng hợp ATP từ ADP.