单个线粒体是被双膜系统包围的豆形细胞器。线粒体的外膜光滑，包含许多孔蛋白 - 完整的膜转运蛋白。孔蛋白使离子和不带电的小分子能够通过线粒体外膜自由扩散，但限制大于 5000 道尔顿的分子的运输。此外，线粒体外膜与其他亚细胞器（如内质网、过氧化物酶体、内体、溶酶体和质膜）形成称为膜接触位点的独特结构。

线粒体外膜在结构和功能上与线粒体内膜不同，线粒体内膜有许多称为嵴的内陷。嵴容纳许多蛋白质复合物和用于氧化磷酸化 （OXPOS） 或呼吸功能的酶。内膜排列成嵴取决于膜形成蛋白，例如线粒体接触位点和嵴组织系统或 MICOS。

线粒体膜的特征形状对其功能至关重要，包括 ATP 合成、自噬（或线粒体自噬）、干细胞分化和先天免疫反应。然而，为了促进特定功能，线粒体膜会进行结构修饰。例如，当触发呼吸反应时，嵴密度增加以容纳更多的酶和代谢物，从而提高氧化磷酸化速率。

此外，线粒体膜可以经历融合或裂变以协调细胞需求。例如，许多线粒体可以融合以结合它们的酶、辅因子和其他资源，以在需要时提高 ATP 生产的效率。相比之下，单个线粒体可以经历裂变（或碎裂）以产生更多的活性氧，这些活性氧可以介导垂死细胞中内部细胞器的有效降解。此外，线粒体的碎片化是在细胞分裂过程中线粒体均匀分布到子细胞中所必需的关键机制。