线粒体被认为是细胞进化过程中，被细胞吞噬了的原核生物，就是说，线粒体有可能原本可以独立生活的，那么应该有遗传物质.但是，染色体由DNA和蛋白质组成，而线粒体遗传物质只含有DNA，没有DNA与蛋白质组成的染色体。
知识拓展研究人员发明了转换卵细胞基因材料的方法，用拥有健康线粒体的卵细胞取代携带错误线粒体DNA的卵细胞。结果是，胚胎会携带来自母亲和父亲的核DNA，以及卵细胞捐献者的线粒体DNA。
mtDNA虽能合成蛋白质，但其种类十分有限。迄今已知，mtDNA编码的RNA和多肽有：线粒体核糖体中2种rRNA（12S及16S），22种tRNA，13种多肽（每种约含50个氨基酸残基）。组成线粒体各部分的蛋白质，绝大多数都是由核DNA编码并在细胞质核糖体上合成后再运送到线粒体各自的功能位点上。正因如此，线粒体的遗传系统仍然要依赖于细胞核的遗传系统，由此，线粒体是半自主性细胞器。
线粒体基因组：线粒体基因组是裸露的DNA双链分子，主要呈环状但也有线性的分子。各个物种的线粒体基因组大小不一。一般动物细胞中的线粒体基因组较小，为10~39kb；酵母为8~80kb；都是环状。四膜虫属和草履虫等原生动物为50kb，为线性分子。植物的线粒体基因组比动物的大许多，但也复杂的多，大小可以从200~2500kb，如在葫芦科中西瓜是330kb，香瓜是2500kb，相差达7倍！
