三磷酸腺苷（英语：adenosine triphosphate, ATP；也称作腺苷三磷酸、腺嘌呤核苷三磷酸）在生物化学中是一种核苷酸，作为细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能。ATP在核酸合成中也具有重要作用。它也是RNA序列中的鸟嘌呤二核苷酸，在DNA进行转录时可做为替补。
ATP由腺苷和三个磷酸基所组成，化学式C10H16N5O13P3，结构简式C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H，分子量507.184。三个磷酸基团从腺苷开始被编为α、β和γ磷酸基。ATP的化学名称为5'-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基腺嘌呤，或者5'-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基-6-氨基嘌呤。
ATP在非缓冲水溶液中不稳定，会水解为ADP和磷酸。这是因为ATP分子中的P-O-P键比形成的磷酸键能小，且产生了产物间和水间的氢键释放能量，使得反应放热而自发进行。在ATP与ADP的水溶液的化学平衡中，ATP最终会几乎完全转化为ADP。在达到平衡以前，发生该水解反应整个系统吉布斯能变化量小于零，这意味着该体系可以对外界做非体积功。事实上，活细胞会通过呼吸作用维持ATP的浓度在ADP的五倍左右。在这种条件下，ATP水解提供的能量足以供其合成代谢所需。
在细胞中ATP的莫耳浓度通常是1-10mM。ATP可通过多种细胞途径产生。最典型的如在线粒体中通过氧化磷酸化由三磷酸腺苷合酶合成，或者在植物的叶绿体中通过光合作用合成。ATP合成的主要能源为葡萄糖和脂肪酸。每分子葡萄糖先在细胞质基质中产生2分子丙酮酸同时产生2分子ATP，最终在线粒体中通过三羧酸循环（或称柠檬酸循环）产生最多38分子ATP。脂肪酸氧化分解进入柠檬酸循环，长链脱除也可以用于氧化磷酸化分解产生ATP，一般为108个ATP。
在糖解途径（Glycolytic Pathway）中，一个葡萄糖分子被分解，反应过程中生成两个ATP分子，反应式为：
在线粒体中，丙酮酸被氧化为乙酰辅酶A，经精确控制的“燃烧”会产生总和为两个ATP分子的能量。三羧酸循环（柠檬酸循环）全部反映的总和可表示为：
脂肪酸也可以由β-氧化分解为乙酰辅酶A，一样进入柠檬酸循环产生能量。每个β-氧化的循环还为乙酸长链脱去两个碳原子并制造各一个NADH和FADH2分子，也可以用于氧化磷酸化分解产生ATP，因为脂肪酸氧化可以重复多次，能量产量更大。
无氧分解或称发酵是和糖酵解有些相似的过程。这个过程需要在没有氧气作为电子受体时产生能量。在大部分真核生物体内，葡萄糖同时被作为能量储存单位和电子供体。从葡萄糖分解为乳酸的方程式为：
人体每天的能量需要水解100-150摩尔的ATP，即相当于50至75千克这么多。这意味着人一天将要分解掉相当于他体重的ATP。但人体中ATP的总量只有大约0.1摩尔（51克左右），所以每个ATP分子每天要被重复利用1000-1500次。ATP不能被储存，因为ATP在合成后必须于短时间内被消耗。
由于所有存活的生物（包括微生物）体内都含ATP，而其含量几乎十分稳定，所以于环境中采集标本并计量ATP含量，可以间接反映环境中微生物的数量。这对于餐饮业，食品制造及加工业（如奶制品厂），医疗业等对微生物控制比较着紧的行业，ATP测量提供了一个十分便利方案。 ATP估量只要数分钟就可完成，相反，传统的细菌培养测试动辄要2至4天才完成，其时受污染产品已流出市面。ISO 22000食品安全管理系统的危害分析重要管制点 (HACCP)体系都建议使用这即时评估方法。
活细胞中也有其他的高能三磷酸盐如三磷酸鸟苷。能量可以在这些三磷酸盐和ATP中由磷酸激酶催化反应之类的反应转移：当磷酸键被水解的时候能量就会被释放。这种能量可以被多种酶、肌动蛋白和运输蛋白用于细胞的活动。水解还会生成自由的磷酸盐和二磷酸腺苷。二磷酸腺苷又可以被进一步水解为另一个磷酸离子和一磷酸腺苷。ATP也可以被直接水解为一磷酸腺苷和焦磷酸盐，这个反应在水溶液中是高效的不可逆反应。
ATP可能会被作为纳米技术和灌溉的能源。人工心脏起搏器可能受益于这种技术而不再需要电池提供动力。
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