Có hai con đường hình thành mêtan vi khuẩn quan trọng, thông qua quá trình khử cacbonat (hô hấp) và lên men acetate.

Hô hấp tế bào (cả yếm khí và kỵ khí) sử dụng các hợp chất hóa học bị khử mạnh như NADH và FADH2 (ví dụ được tạo ra trong quá trình glycolysis và chu trình axit citric) để tạo ra độ dốc điện hóa (thường là gradient proton) qua màng, dẫn đến điện thế hoặc chênh lệch nồng độ ion trên màng. Các hợp chất hóa học bị khử được oxy hóa bởi một loạt các protein màng tích hợp hô hấp với khả năng khử tăng dần theo tuần tự với chất nhận điện tử cuối cùng là oxy (trong hô hấp hiếu khí) hoặc một chất hóa học khác (trong hô hấp kỵ khí). Một động lực proton điều khiển các proton xuống gradient (qua màng) thông qua kênh proton của ATP synthase. Kết quả hiện tại thúc đẩy tổng hợp ATP từ ADP và phosphat vô cơ.

Ngược lại, quá trình lên men không sử dụng gradient điện hóa. Thay vào đó, quá trình lên men chỉ sử dụng quá trình phosphoryl hóa ở mức cơ chất để tạo ra ATP Chất nhận điện tử NAD + được tái sinh từ NADH được hình thành trong các bước oxy hóa của quá trình lên men bằng cách khử các hợp chất oxy hóa. Các hợp chất oxy hóa này thường được hình thành trong quá trình lên men, nhưng cũng có thể là bên ngoài. Ví dụ, ở vi khuẩn axit lactic đồng hóa, NADH hình thành trong quá trình oxy hóa glyceraldehyd-3-phosphate bị oxy hóa trở lại NAD + bằng cách khử pyruvate thành axit lactic ở giai đoạn sau trong quá trình này. Trong nấm men, acetaldehyd được khử thành ethanol để tái tạo NAD +. Do đó, hai quá trình tạo ATP theo những cách rất khác nhau và các thuật ngữ không nên được coi là từ đồng nghĩa.