ATP酶又稱為三磷酸腺苷酶，是一類能將三磷酸腺苷（ATP）催化水解為二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根離子的酶，這是一個釋放能量的反應。在大多數情況下，能量可以通過傳遞而被用于驅動另一個需要能量的化學反應。這一過程被所有已知的生命形式廣泛利用。
ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫符號，它是各種活細胞內普遍存在的一種高能磷酸化合物。高能磷酸化合物是指水解時釋放的能量在20.92kJ/mol(千焦每摩爾)以上的磷酸化合物，ATP水解時釋放的能量高達30.54kJ/mol。ATP的分子式可以簡寫成A-P～P～P。簡式中的A代表腺苷，P代表磷酸基團，～代表一種特殊的化學鍵，叫做高能磷酸鍵。
ATP的水解實際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時能夠釋放出大量的能量，ATP分子中大量的化學能就儲存在高能磷酸鍵中。
部分ATP酶是內在膜蛋白，可以錨定在生物膜上，并可以在膜上移動；這些ATP酶又被稱為跨膜ATP酶。