Günümüz mitokondriyal ve kloroplast genomları, atalarının prokaryotlarının bazı özelliklerini korumuş ve ayrıca ökaryotik hücreler içindeki evrimleri sırasında yeni özellikler kazanmıştır. Prokaryotik genomlar gibi, mitokondriyal ve kloroplast genomları ne histon benzeri proteinlerle bağlanır ne de ökaryotlarda gözlemlendiği gibi kromozom benzeri yapılara karmaşık paketleme göstermez. Ökaryotik hücrelerde gözlenen mitotik hücre bölünmelerinin aksine, mitokondri ve kloroplastlar ikili fisyona uğrar ve dna'larını prokaryotlarda gözlemlendiği gibi yavru organellerine eşit olarak ayırır. Ek olarak, hem mitokondri hem de kloroplastlardaki ribozomlar antibakteriyel antibiyotiklere duyarlıdır.

Prokaryotik genomların milyonlarca baz çifti ve binlerce geni vardır; mitokondriyal ve kloroplast genomları, birkaç bitki hariç,birkaç yüz gen ile binlerce baz çifti ile çok daha küçüktür. Genom büyüklüğündeki bu fark, evrim sırasında ilkel mitokondriyal ve kloroplast genomlarının önemli kısımlarının çekirdeğe ihraç edilmesinden kaynaklanmıştır. Bu gen ihracatı, biyogenezi için gereken bazı proteinlerin temini için nükleer genoma bağımlı hale getirmiştir.

Hayvanlar ve bitkiler tarafından alınan farklı evrimsel yollar, hayvan mitokondri ve bitki mitokondri ve kloroplastların genomları arasında anlamlı farklılıklar göstermiştir. Hayvansal mitokondriyal genomlar, bitki mitokondriyal ve kloroplast genomlarından daha küçüktür. Ayrıca, çoğu prokaryotik genomda olduğu gibi, hayvan mitokondriyal genomları herhangi bir intron taşımaz. Bununla birlikte, intronlar hem bitki mitokondri hem de kloroplastların genomlarında bulunur. Mitokondriyal genomlarla karşılaştırıldığında, kloroplast genomları boyut ve yapıda daha az değişiklik gösterir ve ayrıca daha fazla gen içerir. Örneğin, Arabidopsis thaliana 'nin kloroplast genomunda bulunan genlerin sayısı, mitokondriyal genomunda bulunan genlerin neredeyse iki katıdır. Ek olarak, kloroplast genomları prokaryotik muadillerine mitokondriyal genomdan daha benzerdir, çünkü düzenleyici sekanslarında ve birçok gen kümesinin düzenlenmesinde benzerdirler.