Die oxidative Decarboxylierung ist der zweite Schritt des Glukoseabbaus und findet in der Matrix der Mitochondrien statt. Um diesen Schritt zu ermöglichen, muss das Pyruvat aus der Glykolyse zuerst in die Mitochondrien transportiert werden. Auch bei diesem Schritt gibt der Name schon Auskunft über die stattfindenden Abläufe.
Wichtig ist hierbei zu verstehen, dass zuerst die Decarboxylierung (die Abspaltung von CO2) stattfindet, bevor die übrig gebliebene Hydroxygruppe abgespalten werden kann. Somit ist es eher eine Decarboxylierung mit anschließender Oxidation als eine oxidative Decarboxylierung.