La plupart de l’ADN se trouve dans le noyau d’une cellule. Cependant, certains organites dans le cytoplasme cellulaire, tels que les chloroplastes et les mitochondries, ont également leur propre ADN. Ces organites répliquent leur ADN indépendamment de l’ADN nucléaire de la cellule dans laquelle ils résident. L'héritage non nucléaire décrit l’hérédité des gènes à partir de structures autres que le noyau.

Les mitochondries sont présentes dans les cellules végétales et animales. Elles sont considérées comme les “ centrales électriques ” des cellules eucaryotes parce qu’elles décomposent le glucose pour former l’énergie qui alimente l’activité cellulaire. L’ADN mitochondrial se compose d’environ 37 gènes, et beaucoup d’entre eux contribuent à ce processus, appelé phosphorylation oxydative.

Les chloroplastes se trouvent dans les plantes et les algues et sont les sites de la photosynthèse. La photosynthèse permet à ces organismes de produire du glucose à partir de la lumière du soleil. L’ADN chloroplastique se compose d’environ 100 gènes, dont beaucoup sont impliqués dans la photosynthèse.

Contrairement à l'ADN chromosomique du noyau, l'ADN chloroplastique et mitochondrial ne respecte pas l'hypothèse mendélienne selon laquelle la moitié du matériel génétique d'un organisme provient de chaque parent. C’est parce que les spermatozoïdes n’apportent généralement pas d’ADN mitochondrial ou chloroplastique aux zygotes pendant la fécondation.

Alors qu’un spermatozoïde apporte principalement un ensemble haploïde de chromosomes nucléaires au zygote, un ovule apporte ses organites en plus de ses chromosomes nucléaires. Les zygotes (et les chloroplastes dans les cellules végétales) reçoivent généralement des mitochondries et des chloroplastes uniquement à partir de l’ovule ; c’est ce qu’on appelle l’héritage maternel. L’héritage maternel est un type d’héritage non nucléaire, ou extra-nucléaire.

Pourquoi les mitochondries et les chloroplastes ont-ils leur propre ADN ? L’explication dominante est la théorie endosymbiotique. La théorie endosymbiotique indique que les mitochondries et les chloroplastes étaient autrefois des procaryotes indépendants. À un moment donné, ils ont rejoint les cellules eucaryotes hôtes et sont entrés en relation symbiotique — une relation qui profite aux deux parties.