Mitohondrijska DNK so majhne zanke DNK, ki jih najdemo v organelah v celici, mitohondrijih. Mitohondriji služijo kot “elektrarne” celice in se domneva, da so potomci starodavnih bakterij, ki so tako simbiotično sodelovale s starodavnimi celicami, da so se vanje vključile kot organele. Velika večina DNK pri vseh živalih se nahaja v jedru in je znana kot jedrska DNK, medtem ko je mitohondrijska DNK edina DNK, ki se nahaja zunaj jedra.
V nasprotju z DNK v jedru, ki vsebuje približno 20,000 genov, ki kodirajo beljakovine v več kot 3 milijardah baznih parov, je mitohondrijska DNK sorazmerno majhna in jo sestavlja le 13 genov, ki kodirajo proteine, v 15,000-17,000 baznih parih. Za razliko od jedrske DNK, ki je sestavljena iz linearne DNK, se mitohondrijska DNK nahaja v obliki zanke, tako kot DNK v bakterijah. Geni v mitohondrijih izražajo beljakovine, ki pomagajo graditi mitohondrije, čeprav je v milijardah let evolucije jedrska DNK prevzela večino vlog mitohondrijske DNK pri gradnji mitohondrijev.
Za razliko od jedrske DNK, ki se rekombinira iz generacije v generacijo zaradi spola med samcem in žensko, se mitohondrijska DNK rekombinira le z DNK iz iste organele, kar močno omejuje genetske spremembe. Zato je edini dejavnik, ki uvaja genetske spremembe, mutacija in ne mutacija plus rekombinacija, kot je v primeru jedrske DNK. To naredi mitohondrijsko DNK zelo uporaben genetski marker, ki ga je mogoče uporabiti za primerjavo različnih rodov, vključno z različnimi človeškimi rodovi.
Analiza človeške mitohondrijske DNK se je izkazala za ključno pri določanju prednikov različnih človeških skupin in zgodnjih migracijskih vzorcev ljudi po vsem svetu. Te študije so podprle teorijo izven Afrike, teorijo, ki trdi, da je človeška vrsta izvirala iz Afrike pred približno 250,000 leti, nato pa se je razširila po vsem svetu. Glavna konkurenčna teorija je multiregionalna hipoteza, ki domneva, da so se različne človeške rase po vsem svetu razvile neodvisno od predhodnikov hominidov. Zaradi dokazov iz analize mitohondrijske DNK je bila ta hipoteza v bistvu izključena.