Į teismo ekspertizės laboratorijas DNR mėginiai kartais atkeliauja suskaidyti ir tyrimams lieka mažai gyvybingos medžiagos. Mitochondrijų DNR analizė analizuoja DNR, esančią ląstelės mitochondrijose, o ne branduolinę DNR, kuriai yra skirta dauguma testų. Šis metodas gali duoti įrodomuosius rezultatus ir atskleisti kilmę per asmens ar rūšies motininę liniją.
Branduolinė DNR randama tik ląstelių branduolyje, po vieną kopiją iš tėvo ir motinos. Mitochondrijos gamina energiją ląstelėse ir jų yra daug. Mėginiuose, kuriuose branduolinė DNR yra suardyta arba jos nėra, didesnis mitochondrijų DNR (mtDNR) kiekis reiškia, kad vis tiek gali būti atliktas tyrimas. Plaukai, kaulai ir dantys yra geri kandidatai mitochondrijų DNR analizei. Tuo atveju, kai didžioji kūno dalis yra suirusi arba galbūt apdegusi, dažnai lieka tik kaulai ir dantys.
Restrikcijos fragmento ilgio polimorfizmo (RFLP) ir trumpojo tandeminio kartojimo (STR) analizė, dažniausiai atliekama, tikrina tik branduolinę DNR. MtDNR yra ne tik gausesnė, bet ir giliau pernešama ląstelėse, todėl mažesnė tikimybė, kad ji bus sunaikinta, kai ląstelė bus pažeista. Jis nesuyra net tada, kai mėginys yra senas. Dėl to mitochondrijų DNR analizė yra itin vertinga priemonė sprendžiant peršalimo atvejus.
Bandymai prasideda nuo mėginio surinkimo ir dokumentavimo. Fotografuojama, nes procesas sunaikins medžiagą. Užbaigus vizualinį patikrinimą, mėginys kruopščiai išvalomas, kad būtų pašalinti visi teršalai, galintys turėti įtakos rezultatams. Tada mėginys bus apdorotas, kad būtų padaryta daug DNR kopijų, kurias bus galima analizuoti ir palyginti su kontroline medžiaga.
Visi motinos giminystės ryšiai, pvz., broliai ir seserys, turintys tą pačią motiną, turės tą pačią mtDNR, nors analizė negali atskirti asmenų. Jis dažnai naudojamas dingusių asmenų atvejais arba atrandant neatpažintus palaikus, nes išgyvenęs motinos giminaitis gali prisidėti prie palyginimo pavyzdžio. Mitochondrijų DNR analizė taip pat gali būti atliekama naudojant gyvūnų DNR ir padeda mokslininkams atsekti rūšis iš kartos į kartą.
Mitochondrijų DNR analizė buvo panaudota siekiant nustatyti JAV neteisėto Jesse Jameso, taip pat carienės Aleksandros Fedorovnos Romanovos ir jos vaikų palaikus. Ana Anderson, moteris, tvirtinanti, kad ji buvo imperatorienės dukra Anastasija, išgyvenusi po šeimos egzekucijos, buvo diskredituota po to, kai mtDNA parodė, kad ji yra lenkė, vardu Franzisca Schonzkowska. Neva Marie Antoinette sūnaus Louiso Charleso, kuris mirė kalėjime per Prancūzijos revoliuciją, širdyje esančių audinių ir karalienės plaukų mtDNR analizė parodė, kad vaikas greičiausiai buvo nelaimingasis princas.