ATP合成酵素は,膜表在性タンパク質複合体であるF1部分と膜タンパク質複合体であるFo部分で構成される.F1部分は,葉緑体チラコイド膜,ミトコンドリア内膜,細菌の原形質膜をEDTA(金属イオンのキレート剤)で処理することで容易に膜から離れ,水溶性のタンパク質となり,単独でATP加水分解活性をもつ.α,β,γ,δ,εの5種類のサブユニットで構成されている。Fo部分は,H+チャネルであるaサブユニット、FoとF1をつなぐbサブユニット、および、リング構造をとるcサブユニットで構成される場合が多い。F1部分は,Mgイオン存在下でFo部分に結合し,FoF1複合体を再構成することができる.