Mitohondriji so elektrarne živalskih in rastlinskih celic. S krvjo prenašajo NADH in NADPH v ATP (adenozin trifosfat), skupno energijsko valuto celičnih strojev. Enina mitohondrijev je mitohondrij. Močno se domneva, da mitohondriji izvirajo iz zgodnjih simbiotskih celic, ki živijo v sodelovanju z drugimi celicami. Ti organeli imajo svojo DNK in evolucija je že milijone let postopno prenašala DNK iz mitohondrijev v jedro celice, kjer je preostala DNK.
Povprečna celica ima 2,000 mitohondrijev, ki zavzemajo približno 20 % celotne prostornine. Notranjost mitohondrija, ki jo lahko opazujemo pod mikroskopom, ko je obarvana, vsebuje močno nagubano membrano. Te gube se imenujejo kriste. Kriste obstajajo za povečanje površine te membrane, kar omogoča visoko prepustnost ATP. Mitohondriji so ena redkih organelov z dvojno membransko strukturo. Njegova zunanja membrana uporablja fosfolipidne dvosloje in beljakovine, da prepreči morebitne molekule z atomsko maso, večjo od 5000. Posebni proteini, večji od te, lahko dosežejo notranjost mitohondrija samo z aktivnim transportom. Notranja membrana je med vsemi najbolj neprepustna, saj prepušča atome samo skozi aktivni transport.
Mitohondriji igrajo ključno vlogo pri mnogih vidikih presnove in imajo lahko posebne funkcije, odvisno od celice. Na primer, v jetrih specializirani mitohondriji predelajo amoniak, celični odpadni produkt. Ko se nekateri mitohondriji pokvarijo zaradi genetskih mutacij, nastanejo mitohondrijske bolezni.
Mitohondriji so nenavadni, ker namesto da bi polovico svojega genskega materiala podedovali po očetu in polovico po materi, je mitohondrijsko dedovanje izključno materinsko. Namesto le dveh kopij genov, kot v celičnem jedru, so mitohondrijski geni v petih do desetih kopijah. Čeprav mitohondrij vsebuje približno 3000 proteinov, lahko njegov degenerirani genom kodira le približno 37. Mitohondrijska degeneracija igra pomembno vlogo v procesu staranja in je navedena kot eden od sedmih primarnih vzrokov staranja. Kot taka nekatere terapije proti staranju predlagajo “evakuacijo” mitohondrijske DNK in njeno premik v celično jedro, proces, ki se je evolucija začela, a ni končala.
Obstaja le nekaj evkariontskih (ki imajo jedro) celic, ki nimajo mitohondrijev – mikrosporidi, metamonade in arhamebe. Študije so pregledale prokariontske celice (brez jedra) in iščejo možne današnje različice starodavnih prosto plavajočih mitohondrijskih celic, vendar so se mitohondriji v svojem času v evkariontskih celicah razvili tako obsežno, da jih verjetno ni mogoče razlikovati od svojih sodobnih sorodnikov. .