A szerkezet a citoplazmában minden sejt, kivéve, baktériumok, amelyben élelmiszer-molekulák (cukrok, zsírsavak, illetve az aminosavak) bontásban, oxigén jelenlétében, majd áttért az energia ATP formájában. A mitokondriumok belső és külső membránnal rendelkeznek. A belső membránnak számos csavarása és redője van (úgynevezett cristae), amelyek növelik a fehérjék és asszociatív reakcióik számára elérhető felületet. A belső membrán DNS-t, RNS-t, kis riboszómákat és oldott anyagokat tartalmazó folyadékot tartalmaz. A mitokondriumok DNS-e genetikailag különbözik a sejtmagban található DNS-étől, a mitokondriumok pedig a sejt többi részétől független saját fehérjéket képesek előállítani. Minden sejt több ezer mitokondriumot tartalmazhat, amelyek az ATP előállításával járnak, válaszul a sejt kémiai energiaigényére. Úgy gondolják, hogy a mitokondriumok különálló, egysejtű organizmusokból származnak,amelyek annyira szimbiózisba kerültek a gazdáikkal, hogy elengedhetetlenek. A mitokondriális DNS-t tehát egy múltbeli létezés maradványának tekintik, mint külön szervezetet.