Mitochondrie (jed. číslo – mitochondrion z gr. mitos – vlákno, niť, chondros – zrno) sú organely voľne roztrúsené v cytoplazme. Sú to typické tubulárne alebo podlhovasté útvary o rozličnej veľkosti v závislosti od druhu buniek a organizmu, z ktorého pochádzajú. Ich veľkosť sa pohybuje v rozmedzí 0,5-20um dĺžky a 0,1-3um hrúbky. Nachádzajú sa vo všetkých bunkách organizmu. Sú energetickou zásobárňou bunky. Ich hlavnou funkciou je tvorba ATP oxidatívnou fosforyláciou, teda konverzia energie nahromadenej v organických molekulách do vysoko-energetickej väzby v ATP.

Mitochondrie zohrávajú svojráznu úlohu aj v genetike. Majú tú zvláštnosť, že sa dedia na potomstvo len po matkinej línii. Mitochondrie spermií sa totiž nedostávajú pri fertilizácii do ženského vajíčka, lebo do nej vniká len hlavička spermie. Mitochondrie, ktoré sú umiestnené pri koreni chvostíka spermie, ostanú mimo vajíčka. Preto v prípade mitochondrií hovoríme o cytoplazmatickej alebo extrachromozómovej dedičnosti. Fakt, že mitochondrie sú dedené len po matkinej línii, významne poslúžil molekulovým genetikom pri objasňovaní fylogenézy človeka.