Για λόγους ορισμού, ο όρος μιτοχονδριακή μεμβράνη μπορεί να σημαίνει είτε την εσωτερική είτε την εξωτερική μεμβράνη ενός μιτοχονδριακού κυττάρου, ανάλογα με το πλαίσιο στο οποίο χρησιμοποιείται ο όρος. Ως εκ τούτου, οι μεμβράνες που σχετίζονται με τα μιτοχόνδρια αναγνωρίζονται είτε ως η εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη είτε ως η εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Η εξωτερική μεμβράνη ενός μιτοχονδρίου είναι λεία και περιβάλλει ολόκληρο το οργανίδιο. Συγκριτικά, η εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη σχηματίζει τα cristae, μια στριμμένη, περιστροφική διαδρομή που μοιάζει με τις πτυχές ενός εγκεφάλου.
Για να κατανοήσουμε πλήρως τις μιτοχονδριακές μεμβράνες, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε πρώτα τους ευκαρυώτες και πώς η κυτταρική τους δομή σχετίζεται με τα μιτοχόνδρια. Οι οργανισμοί με σύνθετες κυτταρικές δομές βασισμένες σε μεμβράνες, συμπεριλαμβανομένων των φυτών, των ζώων και των ανθρώπων, είναι γνωστοί ως ευκαρυώτες. Όλοι οι ευκαρυώτες που εξαρτώνται από το οξυγόνο έχουν μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια εμφανίζονται μέσα σε κάθε ένα από τα ευκαρυωτικά κύτταρα και είναι υπεύθυνα για την παραγωγή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), μια χημική πηγή ενέργειας που προέρχεται από οξυγόνο και διάφορα θρεπτικά συστατικά.
Υπό μεγέθυνση υψηλής ισχύος, τα μιτοχόνδρια παρουσιάζονται ως οβάλ ή επιμήκη σχήμα, με διπλή μεμβράνη και μια εσωτερική περιοχή γνωστή ως μήτρα. Πολλά μιτοχόνδρια υπάρχουν σε ένα μόνο κύτταρο, με τα ακριβή σχήματα και μεγέθη να εξαρτώνται από τον συγκεκριμένο τύπο κυττάρου. Επιπλέον, τα μιτοχόνδρια ενός οργανισμού έχουν διαφορετική εμφάνιση από αυτά ενός άλλου οργανισμού.
Είναι δουλειά των μιτοχονδρίων να εκτελούν αερόβια αναπνοή, τη διαδικασία μετατροπής του οξυγόνου και των θρεπτικών ουσιών σε ATP. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα κατά μήκος των κριστών ή της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης χρησιμοποιώντας ένζυμα ενσωματωμένα στη μεμβράνη και πρωτεΐνες από τη μήτρα. Μόλις παραχθεί το ATP, το κύτταρο χρησιμοποιεί τη χημική ουσία ως πηγή ενέργειας για να επιτρέψει την κίνηση των κυττάρων, τη διαίρεση των κυττάρων και άλλες μεταβολικές λειτουργίες.
Ενώ η εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη βοηθά στην παραγωγή ATP, η εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη χρησιμεύει ως φίλτρο. Χρησιμοποιώντας μια πρωτεΐνη που ονομάζεται πορίνη, η εξωτερική μεμβράνη σχηματίζει κανάλια που επιτρέπουν μόνο σε μόρια συγκεκριμένου μεγέθους να εισέλθουν στα μιτοχόνδρια. Μόλις μπουν μέσα, τα μόρια φιλτράρονται περαιτέρω από την εσωτερική μεμβράνη. Μόνο εκείνα τα μόρια που έχουν προκαθοριστεί ως κρίσιμα για την παραγωγή ΑΤΡ επιτρέπεται να περάσουν από την εσωτερική μεμβράνη.
Τόσο οι εσωτερικές όσο και οι εξωτερικές μιτοχονδριακές μεμβράνες εξυπηρετούν έναν σημαντικό σκοπό στη συνολική λειτουργία των μιτοχονδρίων. Αν και και τα δύο εξυπηρετούν έναν σκοπό, η πλειονότητα της δραστηριότητας των οργανιδίων περιλαμβάνει την εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη και τη μήτρα. Όταν εξετάζουμε συγκρίσεις μεγεθών, το cristae είναι σημαντικά μεγαλύτερο από την εξωτερική μεμβράνη, λόγω της στριμμένης, σύνθετης φύσης του. Με τη μεγαλύτερη επιφάνεια του cristae, κάθε μιτοχόνδριο είναι σε θέση να φιλοξενήσει περισσότερα από τα ένζυμα που απαιτούνται για την παραγωγή του ATP, τροφοδοτώντας έτσι το κύτταρο με περισσότερη ενέργεια για να λειτουργήσει.