Sono gli organuli citoplasmatici nei quali avviene la parte più rilevante delle trasformazioni energetiche. Sono presenti in tutte le cellule aerobie degli eucarioti. Hanno forma e dimensioni diverse a seconda dello stato funzionale della cellula. La caratteristica distintiva è la presenza di due membrane, una interna e una esterna, separate dallo spazio intermembrana. La matrice contiene, tra l'altro, molteplici copie di DNA circolare, ribosomi, RNA, enzimi e fattori deputati alla sintesi proteica ed ha la consistenza di un gel viscoso. Il numero di mitocondri per cellula è variabile in relazione con l'attività metabolica.
La membrana interna. Contiene una quantità elevata di proteine ed è impermeabile alla maggior parte degli ioni e delle piccole molecole. E' caratterizzata da invaginazioni, dette creste mitocondriali, che ne aumentano notevolmente la superficie e sulle quali sono presenti particelle globulari denominate F0 ed F1.
La membrana esterna. E' molto simile, in composizione, al reticolo endoplasmatico e risulta totalmente permeabile alle piccole molecole.