在三羧酸循環中此酶催化的反應為：
α-酮戊二酸+NAD+ + 輔酶A → 琥珀酰輔酶A + 二氧化碳+ NADH
酮戊二酸脫氫酶（α-酮戊二酸脫氫酶）
進行此反應需要以下三步驟：
α-酮戊二酸的脫羧反應，
NAD到NADH的氧化還原反應，
中間產物隨后被轉移到輔酶A，形成了最終產物，琥珀酰輔酶A.
此反應的ΔG為-7.2 千卡/摩爾。此氧化過程所需的能量以硫酯鍵的形式被保存在琥珀酰輔酶A之中。
