V laboratorijih za forenzične analize vzorci DNK včasih prispejo razgrajeni in za testiranje ostane malo sposobnega materiala. Analiza mitohondrijske DNK analizira DNK, ki je prisotna v mitohondrijih celice, namesto jedrske DNK, za katero je zasnovana večina testov. Ta tehnika lahko zagotovi dokazne rezultate in tudi razkrije poreklo po materinski liniji osebe ali vrste.
Jedrsko DNK najdemo le v jedru celic, po eno kopijo očeta in matere. Mitohondriji proizvajajo energijo v celicah in so prisotni v velikem številu. V vzorcih z razgrajeno ali odsotno jedrsko DNK je večja količina mitohondrijske DNK (mtDNA) še vedno lahko izvedena. Lasje, kosti in zobje so dobri kandidati za analizo mitohondrijske DNK. V primeru, ko je večina telesa razpadla ali morda zgorela, so pogosto le kosti in zobje.
Polimorfizem dolžine omejevalnega fragmenta (RFLP) in analiza kratkih tandemskih ponovitev (STR), ki se najpogosteje izvajata, testirata samo jedrsko DNK. MtDNA ni le bolj bogata, ampak se prenaša tudi globlje v celice, zato je manj verjetno, da bo uničena, ko je celica ogrožena. Ne razgradi se niti, ko je vzorec star. Zaradi tega je analiza mitohondrijske DNK izjemno dragoceno orodje pri reševanju hladnih primerov.
Testi se začnejo z zbiranjem in dokumentiranjem vzorca. Fotografije so narejene, ker bo postopek uničil material. Ko je vizualni pregled končan, vzorec skrbno očistimo, da odstranimo vse onesnaževalce, ki lahko vplivajo na rezultate. Vzorec bo nato obdelan, da se naredi veliko kopij DNK, ki jih je mogoče analizirati in primerjati s kontrolo.
Vsi sorodniki po materi, kot so bratje in sestre, ki imajo isto mater, bodo imeli popolnoma enako mtDNK, čeprav analiza ne more razlikovati posameznikov. Pogosto se uporablja pri primerih pogrešanih oseb ali odkrivanju neznanih posmrtnih ostankov, ker lahko preživela sorodnica po materi prispeva primerjalni vzorec. Analiza mitohondrijske DNK se lahko izvede tudi z živalsko DNK in pomaga znanstvenikom pri sledenju vrst skozi generacije.
Analiza mitohondrijske DNK je bila uporabljena za identifikacijo posmrtnih ostankov ameriškega izobčenca Jesseja Jamesa ter carice Aleksandre Feodorovne Romanove in njenih otrok. Ana Anderson, ženska, ki trdi, da je cesaričina hči Anastazija, ki je preživela družinsko usmrtitev, je bila diskreditirana, potem ko je mtDNA pokazala, da je Poljakinja po imenu Franzisca Schonzkowska. Analiza tkiva iz ohranjenega srca otroka, ki naj bi bil sin Marie Antoinette Louis Charles, ki je umrl v zaporu med francosko revolucijo, in mtDNK iz kraljičinih las je pokazala, da je bil otrok najverjetneje nesrečni princ.