NAD 有氧化型（NAD?）和還原型（NADH）兩種形式，在細胞內的眾多氧化還原反應中充當輔酶。在糖酵解、三羧酸循環等代謝過程中，NAD?可以接受代謝底物上的電子和質子，被還原為 NADH，同時使底物發生氧化反應。例如，在 3 - 磷酸甘油醛脫氫酶催化的反應中，3 - 磷酸甘油醛被氧化為 1,3 - 二磷酸甘油酸，NAD?則接受氫和電子生成 NADH。之后，NADH 又可以在其他反應中作為電子供體，將電子傳遞給其他物質，自身重新被氧化為 NAD?，如此循環往復，保證細胞內氧化還原反應的順利進行，維持細胞的正常代謝和生理功能。
在線粒體的電子傳遞鏈中，NADH 是重要的電子供體。NADH 將其攜帶的電子傳遞給電子傳遞鏈的復合物 I，電子在復合物 I、輔酶 Q、復合物 III、細胞色素 c 和復合物 IV 等之間依次傳遞，最終傳遞給氧氣，使氧氣被還原為水。在這個過程中，NADH 被氧化為 NAD?，同時通過質子泵的作用，將質子從線粒體基質泵到內膜外，形成跨線粒體內膜的質子電化學梯度，用于驅動 ATP 的合成。通過這種方式，NADH 和 NAD?的相互轉化與能量產生相偶聯，并且保證了電子傳遞鏈的正常運轉，維持細胞內的氧化還原狀態的穩定，避免電子傳遞異常導致的氧化應激等問題。
調控抗氧化系統
NADPH（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）與 NADH 結構相似，在細胞內的氧化還原平衡中也起著重要作用。NADPH 主要通過磷酸戊糖途徑產生，它是細胞內重要的還原力，參與維持谷胱甘肽（GSH）的還原狀態。GSH 是細胞內一種重要的抗氧化劑，在谷胱甘肽過氧化物酶的作用下，GSH 可以將過氧化氫（H?O?）還原為水，自身被氧化為氧化型谷胱甘肽（GSSG）。而 NADPH 可以在谷胱甘肽還原酶的作用下，將 GSSG 重新還原為 GSH，使細胞內的抗氧化系統能夠持續發揮作用，清除過多的活性氧（ROS）等氧化物質，維持細胞內的氧化還原平衡。雖然這里直接起作用的是 NADPH，但磷酸戊糖途徑等代謝過程與 NAD?/NADH 參與的糖酵解等代謝途徑相互關聯，共同維持細胞內整體的氧化還原穩態。
