Mitohondriji so celična elektrarna evkariontskih celic. Glavna funkcija mitohondrijev je proizvodnja adenozin trifosfata (ATP) s postopkom, znanim kot oksidativna fosforilacija. ATP je nukleotid, ki hrani energijo v obliki kemičnih vezi. Energija je pridobljena iz celičnih hranil, večinoma iz glukoze in maščobnih kislin, in se sprosti, kadar koli jo potrebujejo energijsko potrebne funkcije celic. Te celične funkcije, ki zahtevajo energijo, so membranski transport, sinteza spojin za poganjanje presnovnih reakcij in mehansko delo.
Te strukture so citoplazemske organele, vezane na dvojno membrano, ki jih najdemo v večini evkariontskih celic. So prožne in paličaste oblike, njihov premer pa se giblje od 0.5 do 1.0 mikrometra. Membranski sistem mitohondrija je sestavljen iz gladke zunanje mitohondrijske membrane in prepognjene notranje mitohondrijske membrane, ločenih z ozkim prostorom, imenovanim medmembranski prostor. Matrični prostor ali medkristalni prostor je velik prostor, ki ga obdaja notranja membrana. Vsaka od teh komponent igra pomembno vlogo pri celični funkciji in prispeva k glavni funkciji mitohondrijev.
Zunanja mitohondrijska membrana ima veliko število porinov, ki so transmembranski proteinski kanali, ki omogočajo prosto difuzijo velikih in majhnih molekul. Omogoča lahko molekule, ki so velike do 10 kilodaltonov in majhne kot 6,000 daltonov. Ta membrana je relativno prepustna za ione in majhne molekule, zato je vsebina medmembranskega prostora podobna citosolu.
Kljub temu je glavna funkcija mitohondrijev v notranji mitohondrijski membrani in matriksnem prostoru. Notranja mitohondrijska membrana je zložena v kriste, ki zagotavljajo večjo površino za sintezo ATP. Ta membrana ima veliko število kardiolipinov, ki so fosfolipidi, zaradi katerih so slednji skoraj neprepustni za protone, elektrone in ione. V tej membrani najdemo tudi ATP sintazo in dihalne verige, oba proteinska kompleksa. ATP sintaza je odgovorna za tvorbo ATP, medtem ko dihalne verige vzdržujejo protonski gradient, ki zagotavlja energijo za oksidativno fosforilacijo.
Prostor matriksa je napolnjen z gosto tekočino, ki jo večinoma sestavljajo encimi, ki so odgovorni za razgradnjo maščobnih kislin in piruvata v presnovni intermediat acetil koencim A in kasnejšo oksidacijo tega intermediata v ciklu Krebsove ali trikarboksilne kisline. Piruvat je začetni produkt presnove glukoze, ki se pojavi v citosolu, ki se nato transportira v mitohondrije. Prostor matriksa vsebuje tudi mitohondrijski genetski sistem, dvoverižno mitohondrijsko krožno deoksiribonukleinsko kislino (cDNA) in encime, potrebne za izražanje mitohondrijskega genoma. Čeprav ima lasten genetski sistem, se potrebni gensko kodirani proteini, potrebni za normalno tvorbo in delovanje mitohondrijev, nahajajo v genomu celičnega jedra.