Wie bereits oben beschrieben, muss Pyruvat aus der Glykolyse zuerst in die Mitochondrien transportiert werden, um anschließend durch die Pyruvatdehydrogenase weiter verstoffwechselt zu werden. Liegt in der Zelle nicht ausreichend Sauerstoff vor, kann der Abbau in den Mitochondrien nicht im geeigneten Maße stattfinden (bespielweise bei einer intensiven sportlichen Belastung).

Um kurzfristig auch ohne ausreichend Sauerstoff Energie bereitzustellen, ist ein anderer Stoffwechselweg möglich: Die anaerobe Glykolyse.

Bei der anaeroben Glykolyse wird im Anschluss an die Glykolyse das entstandene Pyruvat im Zytosol durch die Laktat-Dehydrogenase zu Laktat (Milchsäure) umgewandelt. Durch diese Umwandlung kann NAD⁺ regeneriert werden, das wiederum benötigt wird, damit die Glykolyse vollständig ablaufen kann. Somit kann durch diesen Schritt sichergestellt werden, dass die Glykolyse auch ohne Sauerstoff weiter ablaufen kann.

Die Bilanzgleichung der anaeroben Glykolyse (also der Glykolyse plus Reduktion von Pyruvat zu Lactat) lautet:

Glucose + 2 P + 2 ADP → 2 Laktat + 2 ATP + 2 H₂O!

Die Energieausbeute ist mit 2 ATP relativ gering, sodass diese Art der Energiegewinnung zwar ohne Sauerstoff ablaufen kann, jedoch nicht sehr effizient ist. Je mehr Energie durch die anaerobe Glykolyse gewonnen wird, umso mehr Laktat häuft sich in der Zelle und später auch im Blut an.

Durch die anaerobe Glykolyse sinkt der pH-Wert der Zellen und des Blutes. Dies führt dazu, dass einige Enzyme in der Zelle ihre Funktion nicht mehr adäquat ausführen können und die Belastung verringert oder abgebrochen werden muss. Im Sport wird dabei von der Muskelübersäuerung gesprochen (mehr dazu im Kapitel Sportlerernährung