Mitochondrijos yra gyvūnų ir augalų ląstelių jėgainės. Jie paverčia krauju pernešamus NADH ir NADPH į ATP (adenozino trifosfatą), bendrą ląstelių mechanizmų energijos valiutą. Mitochondrijų vienaskaita yra mitochondrija. Labai įtariama, kad mitochondrijos kyla iš ankstyvų simbiotinių ląstelių, gyvenančių bendradarbiaujant su kitomis ląstelėmis. Šios organelės turi savo DNR, o evoliucija jau praleido milijonus metų, palaipsniui perkeldama DNR iš mitochondrijų į ląstelės branduolį, kur yra likusi DNR dalis.
Vidutinė ląstelė turi 2,000 mitochondrijų, kurios užima apie 20% viso tūrio. Mitochondrijos viduje, kurią galima stebėti mikroskopu, kai dažoma, yra labai sulankstyta membrana. Šios raukšlės vadinamos cristae. Cristae yra tam, kad padidintų šios membranos paviršiaus plotą, todėl galimas didelis ATP pralaidumas. Mitochondrijos yra viena iš nedaugelio organelių, turinčių dvigubą membraną. Jo išorinėje membranoje naudojami dvigubi fosfolipidiniai sluoksniai ir baltymai, kad nepatektų į bet kokias molekules, kurių atominė masė didesnė nei 5000. Specialūs baltymai, didesni už tai, gali pasiekti mitochondrijos vidų tik per aktyvų transportą. Vidinė membrana yra nepralaidiausia iš visų, tik aktyviu transportu įleidžia ir išleidžia atomus.
Mitochondrijos vaidina svarbų vaidmenį daugelyje medžiagų apykaitos aspektų ir gali atlikti specializuotas funkcijas, priklausomai nuo ląstelės. Pavyzdžiui, kepenyse specializuotos mitochondrijos apdoroja amoniaką – ląstelių atliekų produktą. Kai tam tikros mitochondrijos suyra dėl genetinių mutacijų, atsiranda mitochondrijų ligos.
Mitochondrijos yra neįprastos, nes užuot paveldėjusi pusę genetinės medžiagos iš tėvo, o pusę iš motinos, mitochondrijos yra paveldimos tik iš motinos. Vietoj dviejų genų kopijų, kaip ląstelės branduolyje, mitochondrijų genai būna nuo penkių iki dešimties kopijų. Nors mitochondrijoje yra apie 3000 baltymų, jos išsigimęs genomas gali koduoti tik apie 37. Mitochondrijų degeneracija atlieka svarbų vaidmenį senėjimo procese ir yra įvardijama kaip viena iš septynių pagrindinių senėjimo priežasčių. Todėl kai kurios senėjimą stabdančios terapijos siūlo „evakuoti“ mitochondrijų DNR ir perkelti ją į ląstelės branduolį – procesas, kurio evoliucija prasidėjo, bet nebaigta.
Yra tik kelios eukariotinės (branduolį turinčios) ląstelės, kuriose nėra mitochondrijų – mikrosporidijų, metamonadų ir archamebų. Tyrimai apėmė prokariotines (branduolio neturinčias) ląsteles, ieškant galimų šiuolaikinių senųjų laisvai plaukiojančių mitochondrijų ląstelių versijų, tačiau per savo laiką mitochondrijos eukariotinėse ląstelėse išsivystė taip plačiai, kad tikriausiai nesiskiria nuo savo šiuolaikinių pusbrolių. .