บีตา-ออกซิเดชันของกรดไขมันอิ่มตัวมี 4 ขั้นตอน ดังนี้

            ขั้นที่ 1 การกำจัด H₂ ของ fatty acyl-CoA แล้วได้พันธะคู่ระหว่าง แอลฟา- และบีตา-คาร์บอน นั่นคือ trans-2-enoyl-CoA และมีการจัดเรียงตัวแบบทรานส์ (trans-) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วพันธะคู่ในกรดไขมันตามธรรมชาติจะมีการจัดเรียงตัวแบบซิส (cis-) ในขั้นนี้มีเอนไซม์ acyl-CoA dehydrogenase เป็นตัวเร่ง และมี FAD เป็นตัวรับอิเล็กตรอนแล้วอยู่ในสภาพรีดิวซ์ FADH₂ ซึ่งจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังลูกโซ่การหายใจในไมโทคอนเดรีย และตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายคือ O₂ ซึ่ง 1 คู่อิเล็กตรอนจะสังเคราะห์ได้ 1.5 ATP (คล้ายกับปฏิกิริยา succinate dehydrogenation ในวัฏจักรกรดซิตริก)

            ขั้นที่ 2 เป็นการเติมโมเลกุลของน้ำเข้าไปยังพันธะคู่ของ trans-2-enoyl-CoA ได้เป็น L-b-hydroxyacyl-CoA ปฏิกิริยานี้มี enol-CoA hydratase เป็นตัวเร่ง (คล้ายกับปฏิกิริยาของ fumarase ในวัฏจักรกรดซิตริก)

 

       ขั้นที่ 3 เป็นปฏิกิริยาการกำจัด H₂ ของ L-b-hydroxyacyl-CoA แล้วได้เป็น b-ketoacyl-CoA โดยมี b-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase เป็นตัวเร่ง และ NAD⁺ เป็นตัวรับอิเล็กตรอนแล้วอยู่ในสภาพรีดิวซ์ NADH ซึ่งจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังลูกโซ่การหายใจในไมโทคอนเดรีย และสังเคราะห์ได้ 2.5 ATP ต่อไป (คล้ายกับปฏิกิริยาของ malate dehydrogenase ในวัฏจักรกรดซิตริก)

 

            ขั้นที่ 4 acyl-CoA acetyltransferase หรือ thiolase จะเร่งปฏิกิริยาระหว่าง ketoacyl-CoA กับ coenzyme A อิสระเพื่อที่จะแยกออกเป็นโมเลกุลที่มี 2 คาร์บอน นั่นก็คือ acetyl-CoA และ coenyme A thioester ของกรดไขมันทีถูกตัดออกไป 2 คาร์บอน ปฏิกิริยานี้เรียกว่า thiolysis ซึ่งคล้ายกับ hydrolysis

             เราทราบกันดีว่า พันธะเดี่ยวระหว่างหมู่ methylene (-CH₂-) ในกรดไขมันนั้นเสถียรมาก ดังนั้น 3 ขั้นตอนแรกในบีตา-ออกซิเดชันของกรดไขมันจึงเป็นการพยายามทำให้พันธะนี้มีความเสถียรลดลงเพื่อที่จะแตกพันธะ C – C ได้ง่ายขึ้น และเนื่องจาก แอลฟา-คาร์บอน (C₂) ต่ออยู่กับหมู่คาร์บอนิลถึง 2 หมู่ จึงทำให้หมู่คีโตนทีอยู่ในตำแหน่งบีตา-คาร์บอน (C₃) เหมาะแก่การเข้าทำพันธะของนิวคลีโอไฟล์ (nucleophile) นั่นก็คือ หมู่ – SH ของ coenzyme A ปฏิกิริยานี้เร่งโดยเอนไซม์ thiolase และเนื่องจากความเป็นกรดของ a – H และ resonance stabilazation และ carbanion ที่เกิดจากการหลุดออกของ a – H ทำให้ปลายด้าน –CH₂-CO-Shielding-CoA เป็นหมู่หลุดออกที่ดี ทำให้พันธะระหว่าง a – b แตกได้ง่าย

             palmitoyl-CoA จะถูกออกซิไดซ์ทั้งหมด 7 ครั้ง และได้ 8 acetyl-CoA ดังสมการ

             จาก FADH₂ จะให้ 1 คู่อิเล็กตรอน และสังเคราะห์ได้ 1.5 ATP และ NADH จะให้ 1 คู่อิเล็กตรอน และสังเคราะห์ได้ 2.5 ATP ดังนั้น การออกซิไดซ์ 1 ครั้งและกำจัดคาร์บอนออก 2 อะตอม จะสังเคราะห์ได้ 4 ATP ดังนั้น สมการรวมของการออกซิไดซ์ palmitoyl-CoA คือ