Biologijoje anaerobinis kvėpavimas yra medžiagų apykaitos procesas, kurio metu ląstelės gamina cheminę energiją nenaudodamos deguonies. Tai ląstelių kvėpavimo rūšis, esminė medžiagų apykaitos dalis ir viso augimo, dauginimosi ir taisymo, vykstančio ląstelėse, šaltinis. Glikolizė, kuri cukrų paverčia energijos molekulėmis, yra pagrindinis anaerobinio kelio tipas, randamas daugumoje organizmų. Anaerobinis metabolizmas palengvina svarbius cheminius mainus tarp organizmų ir aplinkos, pavyzdžiui, azoto ciklą.
Visi gyvi organizmai naudoja energiją savo augimui ir dauginimuisi. Ląstelių kvėpavimas yra ląstelių metabolizmo rūšis, kuri išgauna biocheminę energiją iš įvairių maistinių cheminių medžiagų ir paverčia ją ATP – universalia energijos perdavimo molekule. Anaerobinis kvėpavimas yra ląstelių kvėpavimas, vykstantis ląstelėse, kurios savo metabolizme nenaudoja deguonies molekulių. Pagrindinis cheminis anaerobinio kvėpavimo kelias – neskaitant ekstremalių metalus praryjančių bakterijų – yra glikolizė, kuri padalija paprastos cukraus gliukozės molekulę į dvi piruvinės rūgšties molekules, o proceso metu susidaro dvi ATP molekulės.
Aerobinis kvėpavimas – naudojant deguonį – yra labiau paplitęs nei anaerobinis daugumoje aukštesniųjų organizmų, kurie veiksmingai kvėpuoja deguonimi. Jis gamina daug daugiau ATP – 38 molekules – nei glikolizė, kuri duoda tik dvi. Tačiau ankstyviausiais gyvybės evoliucijos Žemėje laikotarpiais atmosferoje nebuvo pakankamai deguonies, kad ląstelės galėtų metabolizuotis, todėl anaerobiškai energijai gaminti jos naudojosi įvairiomis kitomis molekulėmis. Primityvūs organizmai, įskaitant seniausias išlikusias bakterijas ir būtybes, gyvenančias karštuosiuose šaltiniuose ir vandenyno dugne, vis dar tuo remiasi; daugelis iš jų mirs, jei bus paveikti deguonies.
Žmonės ir kiti gyvūnai naudoja ir aerobinį, ir anaerobinį kvėpavimą. Pastarasis svarbus trumpų raumenų veiklos protrūkių metu, kuris skatina judėjimą glikolizės būdu ir gamina pieno rūgštį. Jei ši rūgštis kaupiasi, atsiranda raumenų skausmas ir mėšlungis. Kai kurios mielės į savo metabolizmą įtraukia ypatingą anaerobinį kvėpavimą – fermentaciją. Fermentuojant suardomas cukrus ir gaunamas etilo alkoholis bei kai kurios dujos kaip šalutinis produktas; dėl šios priežasties duona pakyla, nes mieliuose vykstantys biocheminiai procesai keičia chemines reakcijas tešloje.
Azoto, sieros ir anglies elementų mainus žemės paviršiuje ir atmosferoje reguliuoja anaerobinis kvėpavimas. Pavyzdžiui, baltymuose ir kituose biologiškai svarbiuose junginiuose yra daug azoto, kuris dėl bakterijų anaerobinio metabolizmo išleidžiamas atgal į atmosferą. Kai kurios bakterijos metabolizuoja kurą be deguonies, jos taip pat išskiria metano dujas. Nors ši funkcija naudinga mikrobiologijoje ir naftos pramonėje, perteklinė metano gamyba yra problema, nes tai yra tiek pat šiltnamio efektą sukeliančių dujų, kiek anglies dioksidas, susijęs su klimato kaita.