Mitohondriji su elektrane životinjskih i biljnih stanica. Oni pretvaraju NADH i NADPH iz krvi u ATP (adenozin trifosfat), uobičajenu energetsku valutu staničnog strojeva. Jednina mitohondrija je mitohondrija. Čvrsto se sumnja da mitohondriji potječu od ranih simbiotskih stanica koje žive u suradnji s drugim stanicama. Ove organele imaju svoju DNK, a evolucija je već provela milijune godina postepeno prenoseći DNK iz mitohondrija u jezgru stanice, gdje se nalazi ostatak DNK.
Prosječna stanica ima 2,000 mitohondrija, koji zauzimaju oko 20% ukupnog volumena. Unutrašnjost mitohondrija, vidljiva pod mikroskopom kada je obojena, sadrži visoko presavijenu membranu. Ti se nabori nazivaju kriste. Kriste postoje kako bi maksimizirale površinu ove membrane, čineći moguću visoku propusnost ATP-a. Mitohondrije su jedna od rijetkih organela koje imaju dvomembransku strukturu. Njegova vanjska membrana koristi fosfolipidne dvoslojeve i proteine kako bi spriječila sve molekule atomske težine veće od 5000. Posebni proteini veći od ove mogu doprijeti u unutrašnjost mitohondrija samo aktivnim transportom. Unutarnja membrana je najnepropusnija od svih, propušta atome samo kroz aktivni transport.
Mitohondriji igraju ključnu ulogu u mnogim aspektima metabolizma i mogu imati specijalizirane funkcije ovisno o stanici. Na primjer, u jetri, specijalizirani mitohondriji obrađuju amonijak, stanični otpadni proizvod. Kada se određeni mitohondriji pokvare zbog genetskih mutacija, nastaju mitohondrijalne bolesti.
Mitohondriji su neobični jer umjesto da polovicu svog genetskog materijala nasljeđuju od oca, a pola od majke, mitohondrijsko nasljeđe je isključivo majčinsko. Umjesto samo dvije kopije gena, kao u staničnoj jezgri, mitohondrijski geni dolaze u pet do deset kopija. Iako mitohondrij sadrži oko 3000 proteina, njegov degenerirani genom može kodirati samo oko 37. Mitohondrijska degeneracija igra važnu ulogu u procesu starenja i naziva se jednim od sedam primarnih uzroka starenja. Kao takve, neke terapije protiv starenja predlažu “evakuaciju” mitohondrijske DNK i njeno premještanje u staničnu jezgru, proces koji je evolucija započela, ali nije dovršena.
Postoji samo nekoliko eukariotskih (koji posjeduju jezgru) stanica kojima nedostaju mitohondriji – mikrosporidijanci, metamonade i arhamebe. Studije su se bavile prokariotskim stanicama (bez jezgre) tražeći moguće današnje verzije drevnih slobodno plutajućih mitohondrijskih stanica, ali mitohondriji su se u svoje vrijeme toliko razvili u eukariotskim stanicama da se vjerojatno ne razlikuju od svojih modernih rođaka. .