Debido a las formas complejas en que el ADN mitocondrial y nuclear se "comunican" e interactúan, incluso la herencia aparentemente simple es difícil de diagnosticar.

Una mutación en el ADN cromosómico puede cambiar una proteína que regula (aumenta o disminuye) la producción de otra determinada proteína en la mitocondria o el citoplasma; esto puede conducir a síntomas leves, si los hubiere, perceptibles.

Sin embargo, en 2001, se descubrió una decimocuarta proteína biológicamente activa llamada humanina, y se descubrió que estaba codificada por el gen mitocondrial MT-RNR2, que también codifica parte del ribosoma mitocondrial (hecho de ARN): A diferencia del resto de proteínas, la humanina no permanece en la mitocondria e interactúa con el resto de la célula y los receptores celulares.

Existen muchas otras variaciones entre los códigos usados por otros mtRNA/tRNA mitocondriales, que resultaron no ser dañinos para sus organismos, y que pueden usarse como una herramienta (junto con otras mutaciones entre el mtDNA/RNA de diferentes especies) para determinar proximidad relativa de ascendencia común de especies relacionadas.

Una hipótesis generalmente aceptada es que las mitocondrias se originaron como un procariota aeróbico en una relación simbiótica dentro de un eucariota anaeróbico.

La replicación mitocondrial está controlada por genes nucleares y es específicamente adecuada para producir tantas mitocondrias como esa célula en particular necesite en ese momento.

Los transcritos completos se cortan en moléculas funcionales de ARNt, ARNr y ARNm.

Se desconocen los eventos moleculares reales que intervienen en la iniciación, pero estos factores constituyen la maquinaria de transcripción basal y se ha demostrado que funcionan in vitro.

Las traducciones in vitro aún no han tenido éxito, probablemente debido a la dificultad de aislar suficiente mt mRNA, mt rRNA funcional y posiblemente debido a los complicados cambios que sufre el mRNA antes de traducirse.

Una vez que la mitocondria tiene suficiente ADNmt, área de membrana y proteínas de membrana, puede sufrir una fisión (muy similar a la que usan las bacterias) para convertirse en dos mitocondrias.

La evidencia sugiere que las mitocondrias también pueden fusionarse e intercambiar (en una forma de cruce ) material genético entre sí.

Las mitocondrias a veces forman grandes matrices en las que se producen constantemente intercambios de fusión, fisión y proteínas.

Estos errores pueden ser causados por trastornos genéticos, cáncer y variaciones de temperatura.

Las deleciones y mutaciones debidas a los radicales libres se han asociado con el proceso de envejecimiento.

Este proceso lleva muchos años y está asociado con algunos procesos de envejecimiento que intervienen en los tejidos dependientes de oxígeno, como el cerebro, el corazón, los músculos y los riñones.

Debido a que el crecimiento y la fisión mitocondrial están mediados por el ADN nuclear, las mutaciones en el ADN nuclear pueden tener una amplia gama de efectos en la replicación del ADNmt.

Las mutaciones indirectas son causadas con mayor frecuencia por radicales creados por proteínas defectuosas hechas de ADN nuclear.

Debido a que cada mitocondria lleva varias copias del genoma mitocondrial (de 2 a 10 en humanos), las mutaciones mitocondriales se pueden heredar por vía materna mediante mutaciones del ADNmt que están presentes en las mitocondrias dentro del ovocito antes de la fecundación o (como se indicó anteriormente) a través de mutaciones en el cromosomas Las enfermedades mitocondriales varían en severidad desde asintomáticas hasta fatales, y se deben más comúnmente a mutaciones heredadas en lugar de adquiridas en el ADN mitocondrial.

Esta caracterización casi específica del paciente de las enfermedades mitocondriales (consulte Medicina personalizada ) hace que sea muy difícil reconocerlas, diagnosticarlas y rastrearlas con precisión.

[27]​ El mtDNA humano también se puede utilizar para ayudar a identificar individuos.

El mtDNA también se utiliza para excluir posibles coincidencias entre personas desaparecidas y restos no identificados.