เซลล์ต้องเป็นไปตามกฎเคมีและอุณหพลศาสตร์ เมื่อสองโมเลกุลทำปฏิกิริยากันเองภายในเซลล์ อะตอมของพวกมันจะถูกจัดเรียงใหม่ สร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา และปลดปล่อยหรือใช้พลังงานในกระบวนการ โดยรวมแล้วปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นในทิศทางเดียวเท่านั้น นั่นคือ โมเลกุลของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาขั้นสุดท้ายไม่สามารถทำปฏิกิริยาได้เองโดยธรรมชาติ ในการย้อนกลับของกระบวนการดั้งเดิม เพื่อปฏิรูปโมเลกุลดั้งเดิม ทิศทางของปฏิกิริยาเคมีนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลเปลี่ยนจากสถานะของพลังงานอิสระที่สูงกว่าไปเป็นสถานะของพลังงานอิสระที่ต่ำกว่าเท่านั้น พลังงานอิสระคือความสามารถในการทำงาน (ในกรณีนี้ "งาน" คือการจัดเรียงอะตอมใหม่ในปฏิกิริยาเคมี) เมื่อทำงานเสร็จ พลังงานอิสระบางส่วนจะถูกใช้และสูญเสียไป เซลล์มนุษย์ ส่งผลให้กระบวนการสิ้นสุดลงด้วยพลังงานอิสระที่ลดลง ในการใช้การเปรียบเทียบเชิงกลที่คุ้นเคย น้ำบนยอดเขามีความสามารถในการ "ทำงาน" ของการไหลลงเขา (กล่าวคือ มีพลังงานอิสระสูง) แต่เมื่อไหลลงเนินแล้ว จะไม่สามารถไหลกลับขึ้นไปได้ ( คืออยู่ในสถานะพลังงานอิสระต่ำ) อย่างไรก็ตาม ผ่านกระบวนการทำงานอื่น เช่น เครื่องสูบน้ำ น้ำสามารถไหลกลับขึ้นไปบนยอดเขาได้ ซึ่งจะทำให้ความสามารถในการไหลลงเนินกลับคืนมา ในแง่อุณหพลศาสตร์ พลังงานอิสระของน้ำเพิ่มขึ้นโดยพลังงานจากแหล่งภายนอก (เช่น ปั๊ม) ในทำนองเดียวกัน โมเลกุลของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ไม่สามารถย้อนกลับปฏิกิริยาและกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ เว้นแต่จะจัดหาพลังงานโดยการควบรวมกระบวนการกับปฏิกิริยาเคมีอื่น