Ponieważ reszta trifosforanowa w ATP zawiera dwa wiązania bezwodnikowe, hydroliza może zachodzić w dwóch miejscach: Hydroliza wiązania ATP pomiędzy resztami fosforanowymi β i γ prowadzi do powstania ADP i anionu fosforanowego (Pi) oraz uwolnieniu porcji energii 8 kcal (33,47 kJ)/mol:

Natomiast hydroliza pomiędzy resztami α i β daje AMP i pirofosforan oraz porcję energii.

Standardowe zmiany entalpii swobodnych ΔG0′ obu tych reakcji są zbliżone i wynoszą ok. −31 kJ/mol w pH = 7. Zależą one jednak od siły jonowej układu i stężenia jonów i , co sprawia, że w komórce ΔG0′ ≈ −50 kJ/mol.

W mieszaninie równowagowej ATP i ADP w wodzie występuje głównie ten drugi, adenozynotrójfosforan zaś w małych ilościach. Układ daleki od równowagi ma wysoce ujemną entalpię swobodną i ma tym samym dużą zdolność wykonania pracy termodynamicznej. Żywe komórki utrzymują stężenia ATP i ADP na poziomie przesuniętym od równowagi do dziesięciu rzędów wielkości, ze stężeniem trójfosforanu wielokrotnie przewyższającym stężenie dwufosforanu. Dzięki temu odchyleniu od równowagi proces ATP → ADP (przebiegający w kierunku przywracania stanu równowagi) przebiega wydajnie i dostarcza komórce dużą ilość energii.