Dwie cząsteczki acetylo-CoA kondensują, tworząc acetoacetylo-CoA. Reakcja ta stanowi w istocie odwrócenie tiolizy zachodzącej podczas p-oksydacji. Acetoacetylo-CoA reaguje z kolejną cząsteczką acetylo-CoA, co prowadzi do powstania 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA (HMG CoA) (rys. 5). Związek ten jest następnie rozszczepiany na acetooctan i ace-tylo-CoA. (HMG CoA stanowi także punkt wyjścia do syntezy cholesterolu; patrz temat K5). Acetooctan jest następnie redukowany w matriks mitochondrialnej do 3-hydroksymaślanu lub ulega powolnej, spontanicznej dekarboksylacji do acetonu (rys. 5). U chorych na cukrzycę synteza ace-tooctanu przebiega szybciej niż jego rozpad. Dlatego też u chorych nie poddanych leczeniu stwierdza się wysoki poziom ciał ketonowych we krwi, a w ich oddechu wyraźnie daje się odczuć zapach acetonu.
Acetooctan i D-3-hydroksymaślan powstają głównie w wątrobie, przy czym nie są one tylko produktami degradacji o malej wartości fizjologicznej. Pewne tkanki, takie jak mięsień sercowy czy kora nerki, wykorzystują te związki jako źródło energii, nawet preferencyjnie w stosunku do glukozy. Chociaż podstawowym materiałem odżywczym dla mózgu jest glukoza, w warunkach głodu lub u osób cierpiących na cukrzycę mózg może przestawić się na wykorzystywanie acetooctanu jako głównego substratu.