Oddychanie beztlenowe zachodzi u organizmów beztlenowych oraz np. w mięśniach przy niedotlenieniu i w erytrocytach. Składa się z glikolizy oraz procesu odtworzenia NAD+ w wyniku utlenienia NADH+H+. Różne substancje mogą być akceptorami elektronów wodoru, stąd różne rodzaje oddychania beztlenowego. Podczas fermentacji akceptorem wodoru jest kwas pirogronowy, który może ulegać redukcji, np. do kwasu mlekowego – fermentacja mlekowa (u bakterii mlekowych i w mięśniach), etanolu – fermentacja alkoholowa (u drożdży), kwasu octowego – fermentacja octowa (u bakterii octowych). Przebieg fermentacji alkoholowej obrazuje równanie:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi → 2 C2H5OH + 2 ATP + 2 CO2
Akceptorem elektronów pochodzących z wodoru mogą być też substancje mineralne. W oddychaniu azotanowym (denitryfikacji) akceptorem są zawarte w glebie azotany (V) i azotany (III), które są redukowane do azotu atmosferycznego (bakterie denitryfikacyjne). W oddychaniu siarczanowym akceptor, jakim są siarczany (VI), zostaje zredukowany do siarkowodoru lub siarki mineralnej (bakterie siarkowe). W oddychaniu węglanowym węglany są redukowane do metanu (bakterie metanogenne). Niekiedy bakterie, które jako akceptor elektronów wykorzystują związki nieorganiczne, przeprowadzają ten rodzaj oddychania także po to, aby uzyskać pierwiastki (np. azot, siarkę) niezbędne do syntez różnych związków organicznych.