复合物I( complex I)，复合物I由三部分组成，呈“L”型。一臂突出于线粒体基质，包括两部分：黄素蛋白，含黄素单核苷酸（FMN）辅基及2个铁硫中心（Fe-S）；铁硫蛋白含3个铁硫中心辅基。嵌于内膜的横臂部分，也含1个Fe-S。

复合物I又称NADH 脱氢酶(NADH dehydrogenase)或NADH-CoQ 还原酶复合物,

在三羧酸循环和脂肪β-氧化等过程的脱氢酶催化反应中，大部分代谢物脱下的2H是由氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，NAD+）接受，形成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，NADH）。

NADH的电子经复合物I继续传递氧化。

复合物I由基质接受还原型NADH中的2H和2电子传递给FMN形成FMNH2（角标），FMNH2再经一系列铁硫中心，将电子传递到泛醌。泛醌又称辅酶Q（CoQ，Q）。泛醌将电子通过疏水蛋白中Fe-S再传递到内膜的泛醌（“泛醌循环”）。每次传递电子过程同时可偶联将4H+从内膜基质测泵到内膜胞质侧，即膜间隙。复合物I有质子泵功能。