동물과 식물의 진핵세포 안에 존재하면서 호흡을 수행하고 에너지를 생성하는 소기관. 구형 또는 막대 모양이고, 크기는 0.2∼0.5㎛ 정도다. 하나의 세포 속에 들어 있는 수는 세포에 따라 다르지만 간세포처럼 활동이 왕성한 경우 2,000개 이상 들어 있다. 1897년 독일의 생물학자 C. 베더가 발견하고 이름을 붙였다. 당시 미토콘드리아는 작은 실 모양으로 관찰됐기 때문에 사립체(絲粒體)를 뜻하는 그리스어에서 이름이 파생했다. 1950년대 과학자들은 전자현미경을 이용해 미토콘드리아가 매우 복잡한 구조를 갖췄다는 점을 발견했다. 또 생화학적인 연구 결과 미토콘드리아가 세포 속의 발전소 역할을 한다는 점이 밝혀졌다. 미토콘드리아는 외막과 내막의 이중막으로 싸여 있다. 외막은 매끈하며 연속적이지만, 내막은 안쪽으로 반복해서 함입된 구조를 가진다. 이 함입 부위를 크리스테(cristae)라고 부른다. 외막과 내막에는 다양한 효소가 존재하는데, 주요 기능은 당이나 지방산과 같은 영양물질을 산화시키는 일이다. 이를 호흡이라 부른다. 특히 크리스테 부위에서는 산화적 인산화 반응을 통해 생명체의 에너지인 아데노신삼인산(adenosine triphosphate/ATP)이 합성된다. 미토콘드리아는 여러 면에서 독립된 하나의 생명체였던 것으로 보인다. 우선 자신을 포함한 세포와는 독립적인 유전자(DNA)를 가지고 있어 고유의 단백질을 만들어낸다. 또 DNA는 박테리아의 경우처럼 원의 모양을 갖춘 데다, 히스톤이라는 단백질과 연결되어 있지 않다. 식물 세포에서 엽록체 역시 비슷한 형태를 취한다. 이런 점들 때문에 엽록체와 함께 미토콘드리아가 원래 박테리아의 한 형태였으며, 진화 과정에서 핵을 갖춘 세포 수준의 생명체와 공생 관계를 이뤘다는 가설이 있다. 미토콘드리아는 숙주(세포)에게 ATP 생산 시스템을 제공하고, 반대로 숙주는 미토콘드리아가 안정되고 쉽게 영양분을 섭취하며 살 수 있는 여건을 만들었다는 설명이다.