מיטוכונדריון יחיד הוא אברון בצורת שעועית המוקף במערכת קרום כפול. הקרום החיצוני של המיטוכונדריה חלק ומכיל נקבוביות רבות - מובילי הממברנה האינטגרליים. פורינים מאפשרים דיפוזיה חופשית של יונים ומולקולות קטנות לא טעונות דרך הממברנה המיטוכונדריאלית החיצונית, אך מגבילים את ההובלה של מולקולות גדולות מ-5000 דלתונים. יתר על כן, הקרום המיטוכונדריאלי החיצוני יוצר מבנה ייחודי שנקרא אתרי מגע של הממברנה עם אברונים תת-תאיים אחרים, כגון רשתית אנדופלסמית, פרוקסיזום, אנדוזום, ליזוזום וקרום פלזמה.

הקרום המיטוכונדריאלי החיצוני שונה מבחינה מבנית ותפקודית מהקרום המיטוכונדריאלי הפנימי שיש לו פלישות רבות הנקראות cristae. הקריסטה מכילה קומפלקסים חלבוניים ואנזימים רבים עבור זרחן חמצוני (OXPOS) או תפקודי נשימה. סידור הממברנה הפנימית לקריסטה תלוי בחלבונים המעצבים את הממברנה כגון אתרי המגע של המיטוכונדריה ומערכת ארגון הקריסטות או MICOS.

הצורה האופיינית של קרומי המיטוכונדריה חיונית לתפקודם, כולל סינתזת ATP, אוטופגיה (או מיטופגיה), התמיינות תאי גזע ותגובה חיסונית מולדת. עם זאת, כדי להקל על תפקודים ספציפיים, הממברנות המיטוכונדריאליות עוברות שינויים מבניים. לדוגמה, כאשר תגובות נשימתיות מופעלות, צפיפות cristae עולה כדי להכיל יותר אנזימים ומטבוליטים, ובכך לשפר את קצב הזרחן החמצוני.

כמו כן, קרומי המיטוכונדריה יכולים לעבור איחוי או ביקוע כדי לתאם את הצרכים התאיים. לדוגמה, מיטוכונדריה רבים יכולים להתיך כדי לשלב את האנזימים, קופקטורים ומשאבים אחרים שלהם כדי להגביר את היעילות של ייצור ATP בעת הצורך. לעומת זאת, מיטוכונדריה בודדים יכולים לעבור ביקוע (או פיצול) כדי לייצר מיני חמצן תגובתיים יותר שיכולים לתווך פירוק יעיל של אברונים פנימיים בתא גוסס. יתר על כן, פיצול המיטוכונדריה הוא מנגנון קריטי הנחוץ לפיזור שווה של המיטוכונדריה לתאי בת במהלך חלוקת התא.