ATP合酶合成ATP的分子机理的研究一直是研究的热点，为多数人接受的ATP合酶合成ATP的模型是“结合改变模型”。该模型认为F1中的γ亚基作为C亚基旋转中心中固定的转动杆，旋转时会引起αβ复合物构型的改变，有三种不同的构型，对ATP和ADP具有不同的结合能力:

　　①O型几乎不与ATP、ADP和Pi结合;

　　②L型同ADP和Pi的结合较强;

　　③T型与ADP和Pi的结合很紧，并能自动形成ATP，并能与ATP牢牢结合。当γ亚基旋转并将αβ复合物转变成O型则会释放ATP。