U laboratorije za forenzičke analize uzorci DNK ponekad stižu degradirani i ostaje malo održivog materijala za testiranje. Analiza mitohondrijske DNK analizira DNK prisutnu u mitohondrijima stanice, a ne nuklearnu DNK za koju je većina testova dizajnirana. Ova tehnika može pružiti dokazne rezultate i također otkriti lozu po majčinoj liniji osobe ili vrste.
Nuklearna DNK nalazi se samo u jezgri stanica, po jedna kopija od oca i majke. Mitohondriji proizvode energiju unutar stanica i prisutni su u velikom broju. U uzorcima s degradiranom ili odsutnom nuklearnom DNK, veća količina mitohondrijske DNA (mtDNA) znači da se testiranje još uvijek može provesti. Kosa, kosti i zubi dobri su kandidati za analizu mitohondrijske DNK. U slučaju kada se veći dio tijela raspao ili možda izgorio, kosti i zubi su često sve što je ostalo.
Analiza polimorfizma duljine restrikcijskih fragmenata (RFLP) i kratkog tandemskog ponavljanja (STR), najčešće se provodi, ispituje samo nuklearnu DNK. MtDNA je ne samo u izobilju, ona se također prenosi dublje unutar stanica pa je manja vjerojatnost da će biti uništena kada je stanica ugrožena. Ne degradira čak ni kada je uzorak star. To čini analizu mitohondrijske DNK iznimno vrijednim alatom u rješavanju hladnih slučajeva.
Testovi počinju prikupljanjem i dokumentiranjem uzorka. Fotografije se snimaju jer će proces uništiti materijal. Nakon dovršetka vizualnog pregleda, uzorak se pažljivo čisti kako bi se uklonila sva onečišćenja koja mogu utjecati na rezultate. Uzorak će se zatim obraditi kako bi se napravilo mnogo kopija DNK, koje se mogu analizirati i usporediti s kontrolom.
Svi oni koji su majčinski povezani, kao što su braća i sestre koji imaju istu majku, imat će potpuno istu mtDNK, iako analiza ne može razlikovati pojedince. Često se koristi u slučajevima nestalih osoba ili otkrivanja neidentificiranih posmrtnih ostataka jer preživjeli srodnik po majci može dati usporedni uzorak. Analiza mitohondrijske DNK također se može izvesti sa životinjskom DNK i pomaže znanstvenicima u praćenju vrsta kroz generacije.
Analiza mitohondrijske DNK korištena je za identifikaciju ostataka američkog odmetnika Jesseja Jamesa, kao i carice Aleksandre Feodorovne Romanove i njezine djece. Ana Anderson, žena koja je tvrdila da je caričina kći Anastasia koja je preživjela obiteljsko smaknuće, diskreditirana je nakon što je mtDNA pokazala da je Poljakinja po imenu Franzisca Schonzkowska. Analiza tkiva iz sačuvanog srca djeteta za koje se tvrdilo da je sin Marie Antoinette Louis Charles, koji je umro u zatvoru tijekom Francuske revolucije, i mtDNA iz kraljičine kose pokazala je da je to dijete najvjerojatnije nesretni princ.