Mitochondrien kommen in fast allen Zellen in großer Zahl (100–10 000/Zelle) vor, eine Ausnahme sind Erythrozyten, die keine Mitochondrien besitzen.
Mitochondrien können 0,5 μm bis mehrere µm lang sein. Sie sind von einer doppelten Membran umgeben, wobei der Raum zwischen den beiden Membranen als Intermembranraum (oder intermembranöser Raum) bezeichnet wird. Der Raum, den die innere Membran umgibt, heißt Matrixraum. Die innere Mitochondrienmembran ist stark gefaltet, wodurch die Oberfläche der Membran extrem stark vergrößert wird. Die leisten- oder röhrenförmige Einstülpungen der inneren Membran ragen in den Innenraum (Mitochondrien vom Cristaetyp (Leisten) und Tubulustyp (Röhren). Es lässt alle sehr kleinen Moleküle mit einer Molekülmasse < 5000 Dalton passieren. Die innere Membran hingegen enthält statt Cholesterin und ist für kleine Moleküle nicht durchlässig. Die eigentliche Hürde für den Stoffdurchtritt ist also die innere Membran.
