尿素循环主要由5步反应构成。

首先，氨与二氧化碳在氨甲酰磷酸合成酶的作用下生成氨甲酰磷酸，这一过程需要消耗2分子的ATP，之后，氨甲酰磷酸与鸟氨酸在鸟氨酸转氨甲酰酶作用下生成瓜氨酸。然后，瓜氨酸在精氨琥珀酸合成酶的作用下与天冬氨酸发生缩合反应，生成精氨琥珀酸，这一过程需要消耗一个ATP中的两个高能磷酸键。精氨琥珀酸可以裂解为精氨酸和延胡索酸。最后，精氨酸被精氨酸酶水解为尿素和鸟氨酸。经过这一循环生成尿素，相当于消耗了4个ATP。