Mitochondria są potęgą komórkową komórek eukariotycznych. Główną funkcją mitochondriów jest produkcja adenozynotrójfosforanu (ATP) w procesie znanym jako fosforylacja oksydacyjna. ATP to nukleotyd przechowujący energię w postaci wiązań chemicznych. Energia jest pozyskiwana ze składników odżywczych komórek, głównie z glukozy i kwasów tłuszczowych, i uwalniana, gdy jest potrzebna przez funkcje komórek wymagające energii. Te wymagające energii funkcje komórkowe to transport błonowy, synteza związków napędzających reakcje metaboliczne i praca mechaniczna.
Struktury te są organellami cytoplazmatycznymi związanymi z podwójną błoną, występującymi w większości komórek eukariotycznych. Są elastyczne i mają kształt pręta, a ich średnica waha się od 0.5 do 1.0 mikrometra. System błon mitochondrialnych składa się z gładkiej zewnętrznej błony mitochondrialnej i złożonej wewnętrznej błony mitochondrialnej, oddzielonych wąską przestrzenią zwaną przestrzenią międzybłonową. Przestrzeń matrycy lub przestrzeń międzykrystaliczna to duża przestrzeń zamknięta błoną wewnętrzną. Każdy z tych składników odgrywa znaczącą rolę w funkcjonowaniu komórki i przyczynia się do głównej funkcji mitochondriów.
Zewnętrzna błona mitochondrialna zawiera dużą liczbę poryn, które są transbłonowymi kanałami białkowymi, które umożliwiają swobodną dyfuzję dużych i małych cząsteczek. Może dopuszczać cząsteczki, które są tak duże, jak 10 kilodaltonów i tak małe, jak 6,000 daltonów. Błona ta jest stosunkowo przepuszczalna dla jonów i małych cząsteczek, dzięki czemu zawartość przestrzeni międzybłonowej przypomina cytozol.
Niemniej jednak główna funkcja mitochondriów znajduje się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej i przestrzeni macierzy. Wewnętrzna błona mitochondrialna jest zwinięta w grzebienie, które zapewniają większą powierzchnię do syntezy ATP. Ta błona zawiera dużą liczbę kardiolipin, które są fosfolipidami, które sprawiają, że te ostatnie są prawie nieprzepuszczalne dla protonów, elektronów i jonów. Syntaza ATP i łańcuchy oddechowe, oba kompleksy białkowe, również znajdują się w tej błonie. Syntaza ATP jest odpowiedzialna za wytwarzanie ATP, podczas gdy łańcuchy oddechowe utrzymują gradient protonów, który dostarcza energię do fosforylacji oksydacyjnej.
Przestrzeń matrycy wypełniona jest gęstym płynem składającym się głównie z enzymów odpowiedzialnych za rozkład kwasów tłuszczowych i pirogronianu do metabolicznego produktu pośredniego acetylokoenzymu A, a następnie utlenianie tego związku pośredniego w cyklu Krebsa lub kwasu trikarboksylowego. Pirogronian jest początkowym produktem metabolizmu glukozy zachodzącym w cytozolu, który jest następnie transportowany do mitochondriów. Przestrzeń matrycy zawiera również mitochondrialny system genetyczny, dwuniciowy mitochondrialny kolisty kwas deoksyrybonukleinowy (cDNA) oraz enzymy niezbędne do ekspresji genomu mitochondrialnego. Chociaż ma swój własny system genetyczny, niezbędne białka kodowane przez geny potrzebne do tworzenia i funkcjonowania mitochondriów są zlokalizowane w genomie jądra komórkowego.