Mitokondriyal DNA, mtDNA kısaltması ile gösterilmektedir. Kromozomal DNA yapısal olarak bir çift halinde bulunurken, mitokondriyal DNA ise daha çok sayıda olabilir. Bu DNA türü maternal özellikte olup, sadece anneden gelmektedir. Mitokondriyal DNA'nın sadece anneden gelme nedeni, yumurta hücresini döllendiren sperm hücrelerindeki mitokondrilerin yumurtalar ile birleşmeyen kısımda yer almalarıdır.

Mitokondrilerin DNA'ları bulunmasına rağmen, ana hücreden bağımsız olarak bölünme özelliğine sahip değillerdir. Ancak, bir hücredeki mitokondrinin kaç defa bölünme geçireceği doğrudan bağımsız olarak gerçekleşmez. Bir mitokondrinin yapısındaki proteinlerin %90'ı hücre çekirdeğinde bulunmakta ve sitoplazma içinde sentezlenmektedir. Sentezlenen bu proteinler, bir translokasyon mekanizması tarafından mitokondrilerin iç ve zarından geçerek mitokondrilerin içine doğru taşınır. MtDNA, birkaç istisnai durum dışında yalnızca anneden alındığı için, soyların ve ırkların araştırılmasında ve bu ırklar ile soyların ne zaman birbirlerinden ayrıldıklarını tahmin etmek için kullanılır.

Büyük bir ihtimalle, birçok kez annenize ya da babanıza ne kadar çok benzediğiniz söylenmiştir. Ancak, bilimsel gerçeklere göre sadece gözleriniz babanızdan gelen genlerle şekillenmiştir, bu sebeple babadan çok anneden gen almışsınızdır. Bu bilimsel gerçek, sadece sizin için değil dünya üzerindeki tüm bireyler için geçerlidir. Hücrelerin yapısında küçük organel yapılar bulunur ve her organel farklı bir görev üstlenir. Mitokondriler de bu organel yapılardan biridir ve mitokondriler sadece anne bireyden gelmektedir. Uzun bir süre bu duruma net bir açıklama getirilememiştir. Ancak, University of Colorado'dan bir araştırmacı grubu bir ipucu yakalamıştır. Bu araştırma grubu bir kurtçuğun spermleri yumurta döllendiği zaman mitokondrinin nasıl bir davranışta bulunduğunu gözlemlemişlerdir. Araştırmacılar, spermden gelen mitokondrinin yumurtaya transfer işlemi gerçekleşmeden önce etkisiz hale geldiğini belirlemişlerdir. Mitokondriler hücre içinde enerji sağlayan santraller gibi görev görürler ve bu nedenle mitokondri olmadan hücreler yaşayamaz. Enerji üretimi için yediğimiz besinler birtakım kimyasal reaksiyonlardan geçerek hücreye gerekli olan enerjiye dönüştürülmektedir.

Mitokondriyal DNA matriks yapısında, nükleotit olarak isimlendirilen özelleşmiş yapılar bulunmaktadır. Bu özelleşmiş yapılar, hücredeki çekirdeğin yapısına eşdeğer özellik taşımaktadır. Nükleotit yapıları sadece prokaryot hücrelerde, yani hayvansal hücrelerde bulunur. Bu yapılar, nükleik asitler dışında proteinlerin de yapısında bulunurlar. Mitokondriyal DNA'nın anneden yavruya aktarılması işlemi, insanlar başta olmak üzere birçok çok hücreli organizmada gerçekleşmektedir. Mitokondriyal DNA, "Mitokondriyal Havva" kavramının oluşmasına da sebep olmuştur.