Bei der Substratkettenphosphorylierung, auch Substratstufenphosphorylierung oder Substratphosphorylierung genannt, wird das bei allen Organismen als unentbehrlicher Energieüberträger des Zellstoffwechsels fungierende Adenosintriphosphat (ATP) oder Guanosintriphosphat (GTP) gewonnen, und zwar außerhalb der Elektronentransportphosphorylierung. Dies geschieht beim oxidativen Abbau von organischen Verbindungen lebender Zellen, in dessen Folge der Phosphatrest phosphorylierter Zwischenprodukte auf Adenosindiphosphat (ADP) oder Guanosindiphosphat (GDP) übertragen wird. Die Übertragung wird enzymatisch katalysiert. Bei diesem Vorgang muss das phosphorylierte Zwischenprodukt ein höheres Gruppenübertragungspotential besitzen als ATP.