Mitocondriile sunt centralele energetice ale celulelor animale și vegetale. Ei convertesc NADH și NADPH transmis prin sânge în ATP (adenozin trifosfat), moneda energetică comună a mașinilor celulare. Singularul mitocondriilor este mitocondria. Se suspectează cu tărie că mitocondriile derivă din celule simbiotice timpurii care trăiesc în cooperare cu alte celule. Aceste organite au propriul lor ADN, iar evoluția a petrecut deja milioane de ani transferând treptat ADN-ul de la mitocondrii la nucleul celulei, unde se află restul ADN-ului.
O celulă medie are 2,000 de mitocondrii, care ocupă aproximativ 20% din volumul total. Interiorul unui mitocondrie, observabil la microscop atunci când este colorat, conține o membrană foarte pliată. Aceste pliuri se numesc cristae. Cristae există pentru a maximiza suprafața acestei membrane, făcând posibil un debit mare de ATP. Mitocondriile sunt unul dintre puținele organele care au o structură cu membrană dublă. Membrana sa exterioară folosește straturi duble fosfolipide și proteine pentru a ține afară orice molecule cu o greutate atomică mai mare de 5000. Proteinele speciale mai mari decât aceasta pot ajunge în interiorul mitocondriei doar prin transport activ. Membrana interioară este cea mai impermeabilă dintre toate, lăsând atomii să intre și să iasă doar prin transportul activ.
Mitocondriile joacă roluri critice în multe aspecte ale metabolismului și pot avea funcții specializate în funcție de celulă. De exemplu, în ficat, mitocondriile specializate procesează amoniacul, un produs rezidual celular. Când anumite mitocondrii se descompun din cauza mutațiilor genetice, apar boli mitocondriale.
Mitocondriile sunt neobișnuite deoarece în loc să moștenească jumătate din materialul lor genetic de la tată și jumătate de la mamă, moștenirea mitocondrială este exclusiv maternă. În loc de doar două copii ale genelor, ca în nucleul celular, genele mitocondriale vin în cinci până la zece copii. Deși o mitocondrie conține aproximativ 3000 de proteine, genomul său degenerat poate codifica doar aproximativ 37. Degenerarea mitocondrială joacă un rol important în procesul de îmbătrânire și este denumită una dintre cele șapte cauze principale ale îmbătrânirii. Ca atare, unele terapii anti-îmbătrânire propun „evacuarea” ADN-ului mitocondrial și mutarea acestuia în nucleul celular, proces pe care evoluția a început, dar nu a fost finalizat.
Există doar câteva celule eucariote (care dețin nucleu) cărora le lipsesc mitocondriile – microsporidianele, metamonadele și archamoebae. Studiile au analizat celulele procariote (lipsite de nucleu) căutând posibile versiuni actuale ale celulelor mitocondriale antice care plutesc liber, dar mitocondriile au evoluat atât de mult în timpul lor în celulele eucariote, încât probabil că nu se pot distinge de verii lor moderni. .