1．乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合為檸檬酸
此反應為三羧酸循環的關鍵反應之一，是由檸檬酸合成酶催化的不可逆反應，所需能量來自乙酰CoA的高能硫酯鍵水解供應。
2． 檸檬酸轉變為異檸檬酸
檸檬酸本身不易氧化，在順烏頭酸酶作用下，通過脫水與加水反應，使羥基由β碳原子轉移到α碳原子上，生成易于脫氫氧化的異檸檬酸，為進一步的氧化脫羧反應作準備。
3．異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸
異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶的催化下，氧化脫羧生成α-酮戊二酸，反應脫下的氫由NAD接受生成NADH+H，脫羧使6碳化合物變為5碳化合物。這是三羧酸循環中第一次氧化脫羧生成CO2的反應。此反應不可逆，是三羧酸循環中的限速步驟。
4．α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A
這是三羧酸循環的第二次氧化脫羧反應，此反應類似于丙酮酸的氧化脫羧，也是不可逆反應，生成的琥珀酰CoA含有高能硫酯鍵。催化此反應的α-酮戊二酸脫氫酶復合體是三羧酸循環的限速酶，它由三個酶（α-酮戊二酸脫氫酶、琥珀酰基轉移酶、二氫硫辛酸脫氫酶）和五個輔助因子（TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD、FAD）組成。
5．琥珀酰輔酶A生成琥珀酸
琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的作用下，高能硫酯鍵水解，能量轉移給GDP生成GTP和琥珀酸。生成的GTP可直接利用，也可將其高能磷酸基團轉移給ADP生成ATP。這是三羧酸循環中唯一的一次底物磷酸化反應。
6．琥珀酸脫氫
琥珀酸在琥珀酸脫氫酶的催化下脫氫生成延胡索酸，脫下的氫由FAD接受生成FADH2。
7．蘋果酸生成
延胡索酸在延胡索酸酶催化下，加水生成蘋果酸。
8．草酰乙酸再生
蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下脫氫生成草酰乙酸，脫下的氫由NAD接受生成NADH+H。再生的草酰乙酸可再次進入三羧酸循環用于檸檬酸的合成。