A maioria do DNA reside no núcleo de uma célula. No entanto, alguns organelos no citoplasma celular⁠—como cloroplastos e mitocôndrias⁠—também têm o seu próprio DNA. Esses organelos replicam o seu DNA independentemente do DNA nuclear da célula em que residem. A herança não nuclear descreve a herança de genes de estruturas diferentes do núcleo.

Mitocôndrias estão presentes em células vegetais e animais. Elas são considerados como as “casas de energia” das células eucarióticas porque quebram a glicose para formar energia que alimenta a atividade celular. O DNA mitocondrial consiste em cerca de 37 genes, e muitos deles contribuem para esse processo, chamado fosforilação oxidativa.

Cloroplastos são encontrados em plantas e algas e são os locais da fotossíntese. A fotossíntese permite que esses organismos produzam glicose a partir da luz solar. O DNA dos cloroplastos consiste em cerca de 100 genes, muitos dos quais estão envolvidos na fotossíntese.

Ao contrário do DNA cromossómico no núcleo, o DNA de cloroplastos e mitocôndrias não respeita o pressuposto Mendeliano de que metade do material genético de um organismo vem de cada progenitor. Isso ocorre porque as células do esperma geralmente não contribuem com DNA mitocondrial ou de cloroplastos para os zigotos durante a fertilização.

Enquanto que uma célula de esperma contribui principalmente com um conjunto haplóide de cromossomas nucleares para o zigoto, um óvulo contribui com os seus organelos para além dos seus cromossomas nucleares. Os zigotos (e cloroplastos em células vegetais) normalmente recebem mitocôndrias e cloroplastos exclusivamente do óvulo; isso é chamado de herança materna. A herança materna é um tipo de herança não nuclear, ou extranuclear.

Por que é que mitocôndrias e cloroplastos têm o seu próprio DNA? A explicação predominante é a teoria endossimbiótica. A teoria endossimbiótica afirma que mitocôndrias e cloroplastos já foram procariotas independentes. A dada altura, eles juntaram-se a células eucarióticas e entraram em uma relação simbiótica—uma que beneficia ambas as partes.