Στα εργαστήρια εγκληματολογικής ανάλυσης, τα δείγματα DNA φτάνουν μερικές φορές υποβαθμισμένα και απομένει ελάχιστο βιώσιμο υλικό για δοκιμή. Η ανάλυση μιτοχονδριακού DNA αναλύει το DNA που υπάρχει στα μιτοχόνδρια ενός κυττάρου, αντί για το πυρηνικό DNA για το οποίο έχουν σχεδιαστεί οι περισσότερες δοκιμές. Αυτή η τεχνική μπορεί να παρέχει αποδεικτικά αποτελέσματα και επίσης να αποκαλύψει τη γενεαλογία μέσω της μητρικής γραμμής ενός ατόμου ή ενός είδους.
Το πυρηνικό DNA βρίσκεται μόνο στον πυρήνα των κυττάρων, ένα αντίγραφο το καθένα από τον πατέρα και τη μητέρα. Τα μιτοχόνδρια παράγουν ενέργεια μέσα στα κύτταρα και υπάρχουν σε μεγάλους αριθμούς. Σε δείγματα με αποικοδομημένο ή απουσία πυρηνικού DNA, η μεγαλύτερη ποσότητα μιτοχονδριακού DNA (mtDNA) σημαίνει ότι ο έλεγχος μπορεί να συνεχιστεί. Τα μαλλιά, τα οστά και τα δόντια είναι καλοί υποψήφιοι για ανάλυση μιτοχονδριακού DNA. Σε μια περίπτωση όπου το μεγαλύτερο μέρος ενός σώματος έχει αποσυντεθεί ή ίσως έχει καεί, τα οστά και τα δόντια είναι συχνά το μόνο που απομένει.
Πολυμορφισμός μήκους θραύσματος περιορισμού (RFLP) και ανάλυση βραχείας διαδοχικής επανάληψης (STR), η πιο συχνά εκτελούμενη, μόνο δοκιμή πυρηνικού DNA. Το MtDNA δεν είναι μόνο πιο άφθονο, αλλά μεταφέρεται επίσης βαθύτερα μέσα στα κύτταρα, επομένως είναι λιγότερο πιθανό να καταστραφεί όταν το κύτταρο είναι σε κίνδυνο. Δεν υποβαθμίζεται ακόμη και όταν το δείγμα είναι παλιό. Αυτό καθιστά την ανάλυση μιτοχονδριακού DNA ένα εξαιρετικά πολύτιμο εργαλείο για την επίλυση κρυολογημάτων.
Οι δοκιμές ξεκινούν με τη συλλογή και την τεκμηρίωση του δείγματος. Οι φωτογραφίες λαμβάνονται επειδή η διαδικασία θα καταστρέψει το υλικό. Μόλις ολοκληρωθεί η οπτική επιθεώρηση, το δείγμα καθαρίζεται προσεκτικά για να αφαιρεθούν τυχόν προσμείξεις που μπορεί να επηρεάσουν τα αποτελέσματα. Στη συνέχεια, το δείγμα θα υποβληθεί σε επεξεργασία για τη δημιουργία πολλών αντιγράφων του DNA, τα οποία μπορούν να αναλυθούν και να συγκριθούν με έναν έλεγχο.
Όλοι όσοι σχετίζονται μητρικά, όπως τα αδέρφια που έχουν την ίδια μητέρα, θα έχουν ακριβώς το ίδιο mtDNA, αν και η ανάλυση δεν μπορεί να διακρίνει άτομα. Συχνά χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις αγνοουμένων ή σε ανακάλυψη λειψάνων αγνώστων στοιχείων, επειδή μια επιζών μητρική συγγενής μπορεί να συνεισφέρει σε ένα δείγμα σύγκρισης. Η ανάλυση μιτοχονδριακού DNA μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με ζωικό DNA και βοηθά τους επιστήμονες να ανιχνεύσουν είδη σε γενεές.
Η ανάλυση μιτοχονδριακού DNA χρησιμοποιήθηκε για την ταυτοποίηση των λειψάνων του παράνομου των ΗΠΑ Τζέσι Τζέιμς καθώς και της Τσαρίνας Αλεξάνδρα Φεοντόροβνα Ρομάνοβα και των παιδιών της. Η Ana Anderson, μια γυναίκα που ισχυριζόταν ότι ήταν η κόρη της αυτοκράτειρας Αναστασία που είχε επιζήσει από την εκτέλεση της οικογένειας, απαξιώθηκε αφού το mtDNA της έδειξε ότι ήταν Πολωνή με το όνομα Franzisca Schonzkowska. Η ανάλυση ιστού από τη διατηρημένη καρδιά ενός παιδιού που υποτίθεται ότι ήταν ο γιος της Μαρίας Αντουανέτας, Λουί Τσαρλς, ο οποίος πέθανε στη φυλακή κατά τη Γαλλική Επανάσταση, και το mtDNA από τα μαλλιά της Βασίλισσας έδειξε ότι το παιδί ήταν πιθανότατα ο άτυχος Πρίγκιπας.