Pojedyncze mitochondrium to organelle w kształcie fasoli otoczone systemem podwójnej błony. Zewnętrzna błona mitochondriów jest gładka i zawiera wiele porin - integralnych transporterów błonowych. Poryny umożliwiają swobodną dyfuzję jonów i małych nienaładowanych cząsteczek przez zewnętrzną błonę mitochondrialną, ale ograniczają transport cząsteczek większych niż 5000 daltonów. Ponadto zewnętrzna błona mitochondrialna tworzy unikalną strukturę zwaną miejscami kontaktu błony z innymi organellami subkomórkowymi, takimi jak retikulum endoplazmatyczne, peroksysom, endosom, lizosom i błona plazmatyczna.

Zewnętrzna błona mitochondrialna różni się strukturalnie i funkcjonalnie od wewnętrznej błony mitochondrialnej, która ma wiele wgłębień zwanych cristae. Grzebienia mieszczą wiele kompleksów białkowych i enzymów do fosforylacji oksydacyjnej (OXPOS) lub funkcji oddechowych. Ułożenie błony wewnętrznej w grzebienie zależy od białek kształtujących błonę, takich jak mitochondrialne miejsca kontaktu i system organizowania grzebień lub MICOS.

Charakterystyczny kształt błon mitochondrialnych ma kluczowe znaczenie dla ich funkcji, w tym syntezy ATP, autofagii (lub mitofagii), różnicowania komórek macierzystych i wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Jednak, aby ułatwić określone funkcje, błony mitochondrialne ulegają modyfikacjom strukturalnym. Na przykład, gdy wyzwalane są reakcje oddechowe, gęstość cristae wzrasta, aby pomieścić więcej enzymów i metabolitów, poprawiając w ten sposób szybkość fosforylacji oksydacyjnej.

Ponadto błony mitochondrialne mogą ulegać fuzji lub rozszczepieniu w celu zaspokojenia potrzeb komórkowych. Na przykład wiele mitochondriów może łączyć się, aby połączyć swoje enzymy, kofaktory i inne zasoby, aby w razie potrzeby zwiększyć wydajność produkcji ATP. W przeciwieństwie do tego, poszczególne mitochondria mogą ulegać rozszczepieniu (lub fragmentacji) w celu wytworzenia bardziej reaktywnych form tlenu, które mogą pośredniczyć w efektywnej degradacji organelli wewnętrznych w umierającej komórce. Co więcej, fragmentacja mitochondriów jest krytycznym mechanizmem niezbędnym do równomiernego rozprowadzenia mitochondriów do komórek potomnych podczas podziału komórki.