Hanno prevalentemente forma tubulare od ovoidale. Sono delimitati da una membrana esterna simile a quella cellulare; all'interno, separata da uno spazio di circa 60-80 A, c'è una seconda membrana che si introflette in creste, circoscrivendo uno spazio occupato dalla matrice mitocondriale. La membrana interna presenta un tipo di particelle chiamate particelle elementari, sulle quali sono disposti in serie ordinate gli enzimi della respirazione (nei mitocondri avviene la fosforilazione ossidativa).

I mitocondri sono quegli organelli ove viene prodotta la maggior parte di ATP delle cellule eucariotiche e sono presenti in quasi tutti i tipi di cellule sia vegetali che animali. Questi processi dinamici avvengono per trasporto di metaboliti e di elettroni, sulle particelle elementari, da un enzima all'altro, con graduale trasferimento di energia.

I mitocondri contengono DNA mitocondriale, RNA e ribosomi.

Se consideriamo i mitocondri come microrganismi che metabolizzano i cataboliti della cellula ospite, ed in particolare quei frammenti in cui è stata scissa la molecola di glucosio nella fase anaerobica, citoplasmatica, della sua demolizione, vedremo che i mitocondri tenderanno ad affollarsi e moltiplicarsi proprio dove il loro nutrimento è più abbondante, cioè dove la demolizione del glucosio, per la maggiore richiesta di energia, è più intensa. In particolare, nei muscoli i mitocondri sono allineati lungo i fasci di fibre, ed il loro numero e volume cresce con la richiesta, cioè con l'allenamento.
Il fatto che i mitocondri siano dotati di un proprio patrimonio ereditario, di una riproduzione autonoma, etc., suggerisce il fatto che anch'essi possono presentare una certa variabilità, sia pur limitata, e questo concetto viene studiato come una delle componenti dell'efficienza fisica individuale.