Beta-oksidacija je kružni metabolički proces kojim se masne kiseline, prethodno modificirane u oblik acil-koenzima A (Acil-CoA), postepeno razgrađuju do konačnog produkta Acetil-CoA. Acetil-CoA ulazi potom u Krebsov ciklus kao početna molekula. Beta-oksidacija odvija se u mitohondrijima i/ili peroksisomima u četiri metabolička prijelaza koji se ponavljaju, s određenim razlikama pri razgradnji nezasićenih masnih kiselina i masnih kiselina s neparnim brojem ugljikovih atoma.
Masne kiseline moraju proći tri metabolička koraka da bi mogle biti razgrađene u Acetil-CoA:
1. Aktivacija masnih kiselina u citosolu
2. Prijenos masnih kiselina iz citosola u mitohondrij (prijenos karnitina)
3. Beta-oksidacija u matriksu mitohondrija
Većina tkiva oksidira masne kiseline kao metaboličko gorivo, s izuzetkom mozga koji ih vrlo teško koristi i eritrocita i moždine nadbubrežne žlijezde koja ih ne može koristiti. Kod nekih je životinja beta-oksidacija posebno korisna za dobivanje energije tijekom zimskog sna (hibernacije), dok neke pustinjske životinje dobivaju vodu razgradnjom masnih kiselina. Biljke pak vrše beta-oksidaciju u peroksisomima listova i sjemena, koja nema ulogu proizvodnje energije već stvaranja prekursora za druge biosintetske reakcije.