TCA回路はKreb's回路またはクエン酸回路(Citric Acid Cycle)とも呼ばれ，ミトコンドリアのマトリックスで行われる９段階からなる環状の代謝経路である。ただし，反応段階（７）はミトコンドリア内膜の酵素複合体が実行する｡
　解糖の最終産物であるピルビン酸は脱炭酸と補酵素Ａ（CoA)との結合により，アセチル-CoAに変えられる。アセチル-CoAは脂肪酸のβ-酸化やアミノ酸の代謝からも得られる。

TCA回路の目的および存在意義は、

1. アセチル-CoAのアセチル基を酸化し，2分子のCO₂に変換する

2. 水素を還元型の補酵素の形（3 NADH₂⁺とFADH₂）で捕捉する

3. アミノ酸代謝、尿素回路、糖新生など多くの他の経路の仲立ちをする〔代謝の交差点〕

ことである。目的３については，オキサロ酢酸，α-ケトグルタル酸，スクシニル-CoA，フマル酸，リンゴ酸が種々の代謝経路と密接に関連している（個々の代謝経路を参照）。解糖と異なり，TCA回路ではATPはつくられないという点に注意せよ。ここで生成した還元型の補酵素は，次の酸化的リン酸化においてはじめてATPに変えられる｡TCA回路の全体の反応は次のようになる。

CH₃CO-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 3 H₂O → 3 NADH₂⁺ + FADH₂ + CoA-SH + GTP + 3 CO₂

TCA回路の目的は (1) アセチル-CoAのアセチル基を酸化し，2分子のCO2に変換する (2) 水素を還元型の補酵素の形（3 NADH2+とFADH2）で捕捉する (3) アミノ酸代謝、尿素回路、糖新生など多くの他の経路の仲立ちをする〔代謝の交差点〕 ［目的１］ 　アセチル基のC-C結合を直接切断するのは困難である。そこで、TCA回路の最初の反応でアセチル-CoAをオキサロ酢酸と縮合させてＣ6化合物（クエン酸）に変え，その後，1つずつCO2を切り離してＣ4化合物にする。 　結果として，アセチル基を完全に分解したことになる｡ ［目的２］ 　8つの水素原子は３分子のNADH2+と1分子のFADH2に変えられる。また、GTP１分子も生じる。 ［目的３]：　オキサロ酢酸，a-ケトグルタル酸，スクシニル-CoA，フマル酸，リンゴ酸が種々の代謝経路と密接に関連している（個々の代謝経路を参照）。

　D-グルコース（解糖）やアミノ酸から得られたピルビン酸は，ピルビン酸-H⁺共輸送系（下左図）を通ってミトコンドリアのマトリックス内に運ばれ，CO₂を放出すると共に補酵素Aと結合してアセチル-CoAになる。

[E2サブユニット] 24サブユニットで構成 （奥の6個は書いてない）		[ウシ心筋の酵素の構成] 酵素 サブユニット 構成 個数 E1 ピルビン酸デヒドロゲナーゼ 四量体 a2b2 30 E2 ジヒドロリポアミドアセチル トランスフェラーゼ 単量体 　 60 E3 ジヒドロリポアミド デヒドロゲナーゼ 二量体 　 6
[大腸菌のピルビン酸脱水素酵素複合体] E2(青)が24個, E3(赤)が１２個で構成

【TCA回路の前半】
　最初の反応でアセチル-CoAをオキサロ酢酸と縮合（有機化学で言うところのClaisen 縮合）させてＣ₆化合物（クエン酸）に変える。段階でクエン酸をイソクエン酸に変換するのは、第三アルコールであるクエン酸を、より酸化され易い第二アルコール（イソクエン酸）に変えるためである。
　段階(4)と(5)で２つのCO₂が放出される。CO₂として外れた炭素は，図の構造式に青で示すアセチル-CoAのアセチル基由来ではない点に注意！［元のアセチル基の炭素がCO₂になるのは，少なくともTCA回路を１回まわった後である。］
　なお，反応(1)(4)(5)は不可逆とされているため，TCA回路を完全に逆行することはできない。
【TCA回路の後半】
　段階〜は、TCA回路の前半で生じたスクシニル-CoAを最初のオキサロ酢酸に戻すための経路である。段階〜の反応の形式が脂肪酸のβ-酸化の段階(1)〜(3)と全く同じであるのは面白い。