Митохондрии участвуют в процессах клеточного дыхания и преобразуют энергию, которая при этом освобождается, в форму, доступную для использования другими структурами клетки. За ними закрепилось образное название «энергетические станции клетки».
Митохондрии, в отличие от других органелл, обладают собственной генетической системой, необходимой для самовоспроизведения и синтеза белков. Они имеют свои ДНК, РНК и рибосомы, отличающиеся от таковых в ядре и в других отделах цитоплазмы клетки. Митохондрии способны размножаться в клетке путем бинарного деления. Таким образом, они являются самовоспроизводящимися органеллами. Вместе с тем часть белков кодируется ядерными генами и поступает в митохондрии из гиалоплазмы, поэтому митохондрии в отношении самовоспроизведения называют полуавтономными структурами.
При световой микроскопии митохондрии выглядят как округлые, удлиненные или палочковидные структуры длиной 0,3-5 мкм и шириной 0,2-1 мкм. Каждая митохондрия образована двумя мембранами - внешней и внутренней. Между этими мембранами расположено межмембранное пространство шириной 10-20 нм. Внешняя мембрана ровная, внутренняя образует многочисленные складки - кристы. Благодаря кристам площадь внутренней мембраны существенно увеличивается. Так, поверхность одной митохондрии гепатоцита составляет около 13 мкм2, а площадь ее крист - около 16 мкм2 (Krstic R., 1976). На внутренней (обращенной к матриксу) поверхности крист лежит множество электронноплотных субмитохондриальных элементарных частиц(до 4000 на 1 мкм2 мембраны), имеющих форму гриба. Эти частицы содержат фермент АТР-синтетазу, осуществляющую синтез и гидролиз АТР.
Пространство, ограниченное внутренней мембраной, заполнено коллоидным митохондриальным матриксом. Он имеет мелкозернистую структуру и содержит множество различных ферментов. В матриксе также заключен собственный генетический аппарат митохондрий. Митохондрии обладают также РНК и рибосомами (размерами около 15 нм), которые также находятся в матриксе. Кристы могут иметь вид складок, гребней. Иногда кристы имеют вид трубочек диаметром 20-60 нм. Это наблюдается в клетках, которые синтезируют стероиды, например в клетках яичек. Встречаются кристы в виде призм, например в астроцитах головного мозга. У человека наиболее распространены митохондрии с кристами. Обычно кристы ориентированы поперек длинной оси митохондрий, но могут иметь и продольную ориентацию. Кристы, как правило, не достигают противоположной стороны митохондриальной мембраны. Благодаря указанным складкам площадь внутренней мембраны резко возрастает.
Число, размеры и расположение митохондрий зависят от функции клетки, в частности от ее потребности в энергии и от места, где энергия расходуется. Так, в одной печеночной клетке число митохондрий достигает 2500. Множество крупных митохондрий содержится в кардиомиоцитах и миосимпластах мышечных волокон. В спермиях богатые кристами митохондрии окружают аксонему промежуточной части жгутика.