ATP süntaas on mis tahes ensüüm või katalüütiline valk, mis osaleb peamiselt adenosiintrifosfaadi (ATP) sünteesis, mis on bioloogilistes süsteemides üks olulisemaid energia salvestamise üksusi. Erinevat tüüpi rakkudes ja organellides, aga ka täiesti erinevates organismides esinevad erinevad ATP süntaasi sordid. Näiteks taimedes esineb CF1FO-ATP süntaas kloroplastide tülakoidmembraanides, mis vastutavad peamiselt fotosünteesi eest. Loomadel seevastu esineb F1FO-ATP süntaas mitokondrites, energia tootmise eest vastutavates organellides. Vaatamata nendele tüübi ja asukoha erinevustele, kipuvad ensüümi põhikomponendid olema kõigis organismides üsna sarnased.
Nagu näitavad erinevate valgutüüpide nimetused, on ATP-d sünteesivatel ensüümidel kaks peamist subühikut, FO ja F1. FO subühikut – “O”, mitte “null” – nimetatakse nii, kuna see seondub oligomütsiiniga, mis on ATP sünteesi mõne aspekti jaoks oluline. See ATP süntaasi osa on põimitud mitokondrite membraanidesse, samas kui F1, mis tähendab lihtsalt fraktsiooni 1, asub mitokondrite maatriksis. Võimalik, et need alaühikud olid omal ajal täiesti eraldiseisvad valgud, mis on evolutsiooniajaloo jooksul integreeritud ühte struktuuri, mis on looduses väga levinud.
ATP sünteesi protsess nõuab veidi energiat ja ATP süntaasi ensüüm on varustatud selle vajaduse rahuldamiseks. FO-subühik kasutab prootoni gradienti, et toota energiat, mis on vajalik ATP tegelikuks sünteesiks, mis toimub F1-subühikus. Prootoni gradient on teatud tüüpi elektrokeemiline gradient, milles membraani laengute erinevustest põhjustatud potentsiaalset energiat kasutatakse erinevate biokeemiliste protsesside käivitamiseks. Mõnikord on prootonite gradient tegelikult lõppeesmärk; sellistel juhtudel võib ATP-d vajaliku energia saamiseks tegelikult tarbida.
ATP süntaasi struktuur ja funktsioon on kõigis organismides peaaegu ühesugused. Mõnikord on kaasatud erinevad subühikud ning mõnikord kasutatakse subühikute erinevat arvu ja paigutust, kuid selle tuumas on valgu domeenid ja kaasatud biokeemilised protsessid väga sarnased. See sarnasus muudab ATP süntaasi evolutsioonilisest vaatenurgast huvitavaks. Asjaolu, et ensüüm on enamikus organismides läbi ajaloo nii hästi säilinud, viitab sellele, et struktuurid töötati välja evolutsiooniajaloo väga varakult. Bioloogid usuvad, et kaks F-subühikut, mis moodustavad ensüümi tuuma, täitsid tegelikult algselt suures osas mitteseotud funktsioone, kuid lõpuks suutsid need omavahel siduda, moodustades väga kasuliku süntaasi.