该假说基于线粒体超微结构的形态变化，在1964年由美国化学家Paul Boyer，最先提出的。他认为线粒体内膜上的大分子成分（电子传递蛋白）以两种构象状态存在（高能状态、低能状态），在电子传递过程中，由于电子传递的自由能差，电子传递蛋白的构象发生了变化，转变成一种高能形态；进而这种高能状态将释放能量，同时发生磷酸化作用形成ATP。