ATP的元素組成為：C、H、O、N、P，分子簡式A-P~P~P，式中的A表示腺苷，T表示三個（英文的triple的開頭字母T），P代表磷酸基團，“-”表示普通的磷酸鍵，“~”代表一種特殊的化學鍵，稱為高能磷酸鍵（能量大于29.32kJ/mol的磷酸鍵稱為高能磷酸鍵）。它有2個高能磷酸鍵，1個普通磷酸鍵。
合成ATP的能量，對于動物、人、真菌和大多數細菌來說，均來自于細胞進行呼吸作用釋放的能量；對于綠色植物來說，除了呼吸作用之外，在進行光合作用時，ADP合成ATP還利用了光能。
ATP在ATP水解酶的作用下離A（腺苷）最遠的“~”（高能磷酸鍵）斷裂，ATP水解成ADP+Pi（游離磷酸基團）+能量。ATP分子水解時，實際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54kJ/mol，所以說ATP是細胞內的一種高能磷酸化合物。
ATP是一種高能磷酸化合物，在細胞中，它能與ADP的相互轉化實現貯能和放能，從而保證了細胞各項生命活動的能量供應。生成ATP的途徑主要有兩條：一條是植物體內含有葉綠體的細胞，在光合作用的光反應階段生成ATP；另一條是所有活細胞都能通過細胞呼吸生成ATP。