Mitochondria są otoczone dwiema błonami białkowo-lipidowymi. Błona wewnętrzna tworzy grzebienie mitochondrialne (są to poprzeczne wypuklenia) i jest prawie nieprzepuszczalna dla jonów, co jest ważne w procesie syntezy adenozynotrifosforanu (ATP). Zewnętrzna błona jest gładka, pozbawiona wypukłości i przepuszcza jony, czyli atom lub grupę atomów połączonych wiązaniami chemicznymi. W środku mitochondrium znajduje się koloidalna macierz mitochondrialna (matrix) mitochondrialna. Składa się ona m.in. z enzymów, które przyśpieszają reakcje utleniania substancji organicznych. W macierzy znajdują się rybosomy (występują u wszystkich organizmów żywych) oraz niewielkie cząsteczki DNA.
